内压容器的结构选型
选择合理的结构造型是获得玻璃钢高比强度的重要前提,金属内压容器有球形、筒形和环形。而筒形容器的头部形状一般是半球形,其次尚有扁椭球形等。玻璃钢内压容器究竟采用什么结构形状较为合理,是一个值得讨论的问题。
1、内压容器的结构形状
就金属内压容器而言,在具有同体积,承受相同内压的球形、筒形和环形容器中,球形容器重量轻。它们之间的重量比大致为:
球:筒:环=1:1.5:1.5
这是因为球体上的应力是各个方向相等的,而金属是各向同性材料,故能充分利用材料的
强度。但在纤维缠绕的玻璃钢内压容器中却完全相反,它们之间的重量比大致为。
球:筒:环=1.5:1:1
这是由于玻璃纤维只具有单向强度,纤维缠绕玻璃钢只是沿纤维方向强度很高,而与纤维垂直方向则强度极低,这样就不能很好地满足球形容器中双向应力的要求。从而使两个主应力方向的等强度设计较难实现。对筒形容器的圆筒部分而言,其环向应力为纵向应力的二倍,纤维缠绕结构,容易满足它应力分布的要求,使结构达到等强度。另外筒形容器的成型工艺较环形容器简单,易实现机械化操作。因此除某些特殊需要外,玻璃钢内压容器以筒形较为优越。在筒形容器中,其中筒长和直径之比即长细比(l/d)在2-5范围内较好。
2、筒形容器的头部外形及应力分布
钢质容器通常采用球形封头,如前所述,这种封头形式对纤维缠绕内压容器而言,是不适宜的。国内生产的玻璃钢内压容器通常采用等张力曲线封头和扁椭圆曲线封头。
(1)等张力曲线封头
其曲线方程如下:
(2)扁椭圆曲线封头
曲线方程一般采用两种即:
两种曲线仅矢高不同。
容器内衬直径选定后,代入曲线方程,选取不同的x值即得相应的y值,然后逐点描迹即得相应的封头曲线。
几种封头曲线如下图所示。
1、内压容器的结构形状
就金属内压容器而言,在具有同体积,承受相同内压的球形、筒形和环形容器中,球形容器重量轻。它们之间的重量比大致为:
球:筒:环=1:1.5:1.5
这是因为球体上的应力是各个方向相等的,而金属是各向同性材料,故能充分利用材料的
强度。但在纤维缠绕的玻璃钢内压容器中却完全相反,它们之间的重量比大致为。
球:筒:环=1.5:1:1
这是由于玻璃纤维只具有单向强度,纤维缠绕玻璃钢只是沿纤维方向强度很高,而与纤维垂直方向则强度极低,这样就不能很好地满足球形容器中双向应力的要求。从而使两个主应力方向的等强度设计较难实现。对筒形容器的圆筒部分而言,其环向应力为纵向应力的二倍,纤维缠绕结构,容易满足它应力分布的要求,使结构达到等强度。另外筒形容器的成型工艺较环形容器简单,易实现机械化操作。因此除某些特殊需要外,玻璃钢内压容器以筒形较为优越。在筒形容器中,其中筒长和直径之比即长细比(l/d)在2-5范围内较好。
2、筒形容器的头部外形及应力分布
钢质容器通常采用球形封头,如前所述,这种封头形式对纤维缠绕内压容器而言,是不适宜的。国内生产的玻璃钢内压容器通常采用等张力曲线封头和扁椭圆曲线封头。
(1)等张力曲线封头
其曲线方程如下:

(2)扁椭圆曲线封头
曲线方程一般采用两种即:
容器内衬直径选定后,代入曲线方程,选取不同的x值即得相应的y值,然后逐点描迹即得相应的封头曲线。
几种封头曲线如下图所示。

(3)两种类型封头曲线比较及其应力分布
以x=0.2时的封头曲线为例说明两种类型头部曲线的应力分布。图中的应力情况以应力系数表示。各点的应力大小等于应力系数x1/2RP,其中P为内压, R为容器内径。其应力系数值见表6-2及表6-3。
理论上认为“等张力”封头,使纤维受到相同的拉应力,能充分利用纤维的单向强度。从图6-2的应力分布曲线看,等张力封头应力分布较均衡。但由于在缠绕过程中,头部厚度随着半径的减小而增加,在极孔附近逐渐堆积,使第二层缠绕时头部外形曲线已完全改变,从而破坏了原纤维承受相同应力的理想状态。另一方面,在工艺上要完全实现等张力曲线所要求的“测地线”缠绕也是困难的。故我们并不常采用。
扁椭球曲线较等张力曲线应力分布均衡性差,变化较大。有不连续应力存在。但是这种封头形状能满足缠绕工艺的要求。从我们所做的对比试验结果(表6-4)来看扁椭球曲线和等张力曲线的头部强度并无明显差异,只要选择适当的矢高,两种曲线同样适用于内压容器,一般矢高为
为宜。









































