有限元計算模型

考慮水壓、自重、內壓；考慮鞍座接觸應力

優化約束

纖維主應力方向受力小于180MPa，總體應變小于2%，總體質量小于1000Kg

外徑：1000mm

長度：6000mm

?  單元法向：由外向內（筒體厚度向內）

?  鞍座與筒體接觸區域建立接觸

邊界條件：

一端固支，一端簡支

載荷：

?  總體施加重力

?  沿筒體高度的水壓

?  均勻內壓

設計空間：

筒體鋪層厚度PLY1，PLY2

工藝約束：

?  制造角度

?  制造厚度

?  對稱約束

質量迭代結果：

960Kg

厚度迭代結果：

15.38mm

16.46mm

優化結果：

PLY1：15.38mm，55°

PLY2：16.46mm，-55°

分析類型

響應值

計算結果

總體位移

34.68mm

徑向位移

8.0mm

軸向位移

34.60mm

由結果分析可知：

?  輸水管的變形主要為內壓引起的徑向變形（圓筒膨脹）；

?  圓筒軸向為簡支，故圓筒受壓膨脹引起筒體兩端有明顯縮短（34.6mm）。

應變分析

分析類型

響應值

計算結果

總體應變

1.48e-2

周向應變

1.045e-2

軸向應變

1.63e-3

由結果分析可知：

?  輸水管筒體最大應變為1.045%；

?  由軸向應變可知，由于筒體兩端可自由變形，所以在筒體兩端拉伸應變較小。

鋪層ID

分析類型

響應值

計算結果

PLY1

 55°

Normal X應變

4.55e-3

Normal Y應變

1.26e-3

Normal X應力

189.82MPa

Normal Y應力

23.04MPa

PLY2

 -55°

Normal X應變

4.49e-3

Normal Y應變

9.6e-4

Normal X應力

186MPa

Normal Y應力

23.3MPa

由結果分析可知：

?  復合材料各鋪層的應變均小于0.5%；

?  最大主應力為190MPa。