1 空间桁架结构石膏芯模
    对于纤维缠绕复合材料制品，芯模是很重要的。芯模的种类多种多样，根据产品形状和需要，需要采用不同的芯模结构、制造方式和不同的材料。其中，石膏芯模由于原材料石膏价格便宜、来源广泛、成型容易、适合制作各种复杂形状芯模等优点，在国内外得到广泛的应用。现在的石膏芯模普遍采用隔板式结构，这种结构的特点是简单可靠，并且脱模方便^[1]。但在大尺寸制品中，由于这种结构比较松散，而石膏本身强度较低，容易造成石膏层环向和45°方向的开裂，从而影响缠绕过程的进行。空间桁架结构具有高层次超静定、结构自重轻、充分发挥材料特性、结构刚性大、抗震性能好、二力杆件只承受轴向拉力或压力，无剪力与弯矩、造型多变等优点,因而在工程界得到广泛应用^[2]。由于普遍采用的桁架均为可拆卸结构,因此可以用于芯模的筒身段。构成图1所示结构。

      
    本文着重探索空间桁架结构用于石膏芯模的力学可行性，因此对具体的桁架不加以详细的阐述。
    图2所示为直径为480mm的芯模（在此不具体说明其制品压力容器的具体规格参数，以及缠绕过程），在缠绕过程中主要承受纤维缠绕张力引起的纤维的径向和轴向压力。根据其设计要求，可求得径向压力为：
            σ_r＝1.327×10⁶P_α
    轴向压力为：

               
    这里采用铝制直径为10mm的桁架，那么筒身段可以在ANSYS中建立如图3所示模型，在其节点加载已知的径向和轴向压力，求解能够得到下图的各节点x、y、z方向的位移色图，由此结果可知x、y、z方向上的大位移分别为0.47952E-04m、－0.50307E-04m和-0.42190E-04m，结构整体的变形量均小于0.01％。

                  
    芯模在缠绕过程中，除承受因纤维张力而引起的径向和轴向压力外，在缠绕、固化和机械加工时，由于芯模运转、启动或停止也会产生惯性力矩，这主要会引起筒身段的扭曲变形，引起石膏层45°方向的开裂。在本例中，可以大致估算得惯性力矩：
           M＝76.8kgf・m
    由此可解得图5所示节点x、y方向位移色图，
其大位移分别为0.11870E-05m、0.11870E-05m，
变形量都小于0.0005％。 [-page-]

                  
2 结语
    以上ANSYS分析结果显示了这种结构在承受缠绕压力和惯性力时的良好的整体刚度，并且由于桁架结构多采用铝合金制造，自身的重量并不大，在重量上也同样保持了石膏芯模质轻的优势。因此，如果可以将桁架结构应用于石膏芯模中，不仅可以克服隔板式结构在抗扭曲以及轴向刚度不高的缺点，也不会大幅度增加自重。
    当然，合适的芯模结构除了能承受由缠绕工艺而引起的工作载荷、本身自重载荷和加工时机械载荷等的要求，以及满足在使用期内对芯模的刚度、强度、重量等的要求外,还要满足便于制作、吊装运输、顺利脱模等的要求。因此要想将桁架结构真正用于芯模的制作当中，还需要进一步的研究和试验。
                    参考文献
[1] 田开模.大型缠绕芯模的设计[J].玻璃钢/复合材料,1990.
[2] 黄石麟,姚谏.网壳结构的发展与应用[J].浙江大学学报,2004．
[3] 肖翠容,唐羽章.复合材料工艺学[M].长沙:国防科技大学出版社．
[4] 王焕定,祁皑.结构力学[M].北京:清华大学出版社,2006.