Determination of shape and material thickness on dome of non-geodesic wound orthotropic composite pressure vessel
21 viewsDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.FEE.2024.177-183Keywords:
Pressure vessel; Composite; Dome shape; Thickness of shell; Non-geodesic winding.Abstract
In the composite pressure vessel winding technique, non-geodesic winding is a technique of spreading the yarn along a trajectory that deviates from the geodesic path (the shortest path connecting two points on the shell surface) a certain distance, but still ensures that the yarn does not slip on the shell surface. This technique is applied in winding pressure vessels with polar hole radii of two different domes. For cylindrically composite shell with domes, two important problems are: 1- determining the dome profile; 2- determining the composite shell thickness. This paper focuses on building a mathematical model to determine the above two problems based on the assumption that composite materials are orthogonal, in which, the problem of determining the dome profile is based on three conditions: 1- balanced shape, 2- no fiber slip, 3- minimum strain energy; while the thickness determination problem is performed using Tsai-Wu failure criterion. The results are the basis for calculation of structural and winding processing parameters of non-geodesic wound composite pressure vessels.
References
[1]. V. V. Vasiliev, “Composite pressure vessels- analysis, design, and manufacturing”, Virginia, USA: Bull Ridge Publishing, Blacksburg, (2009).
[2]. C. C. Liang et al., “Optimum design of dome contour for filament-wound composite pressure vessels based on a shape factor”, Composite Structures, 58(4), pp.469-482, (2002). DOI: https://doi.org/10.1016/S0263-8223(02)00136-8
[3]. V. V. Vasiliev and A. A. Krikanov, “New generation of filament-wound composite pressure vessels for commercial applications”, Composite Structures, 62(3), pp.449-459, (2003). DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2003.09.019
[4]. L. Zu et al., “Design of filament-wound domes based on continuum theory and non-geodesic roving trajectories”, Composites: Part A, 41, pp.1312–1320, (2010). DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2010.05.015
[5]. T. N. Thanh và cộng sự, “Tính toán các thông số công nghệ quấn bình cao áp hình trụ từ vật liệu compozit”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự, (2011).
[6]. T. T. Thanh Vân và cộng sự, “Xây dựng mô hình tính toán cho thiết kế biên dạng bình composite được quấn theo đường phi trắc địa”, Tạp chi khoa học và công nghệ Hàng Hải, 8, pp.9-11, (2020).
[7]. Đ. V. Hiến và cộng sự, “Biên dạng đáy vỏ compozit dạng trụ lỗ cực hở nhận được bằng phương pháp quấn phẳng”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự, (2020).
[8]. D. V. Hien, T. N. Thanh et al., “Design of planar wound composite vessel based on preventing slippage tendency of fibers”, Composite Structures, 254, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112854
[9]. Đ. V. Hiến và T. N. Thanh, “Biên dạng đáy vỏ trụ composite dị hướng nhận được bằng phương pháp quấn trắc địa”, Hội nghị KH toàn quốc về CHVR lần thứ XV, (2021).
[10]. D. V. Hien and T. N. Thanh, “Prediction of material thickness on dome of geodesic wound orthotropic composite vessel”, Journal of Military science and technology, 83, pp.95-102, (2022). DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.83.2022.95-102
[11]. R. M. Jones, “Mechanics of composite materials”, McGRAW-Hill Co, (1975). DOI: https://doi.org/10.1115/1.3423688
[12]. V. V. Vasiliev, E.V. Morozov, “Mechanics and analysis of composite materials”, UK: Elsevier, (2001).
[13]. S. W. Tsai and E. M. Wu, “A general theory of strength for anisotropic materials”, J Compos Mater 5(1), (1971). DOI: https://doi.org/10.1177/002199837100500106
[14]. A. A. Krikanov, “Refined thickness of filament wound shells”, Science and Engineering of Composite Materials 10 (4), (2002). DOI: https://doi.org/10.1515/SECM.2002.10.4.241
