纤维缠绕压力容器典型设计
用纤维缠绕方法制成的是展现纤维增强复合材料优点的一个理想实例，其典型设计包括柱形、球形、近球形、锥形和环形等构型，其中以圆柱形容器最为常见纤维缠绕压力容器的设计必须考虑纤维树脂结构的强度和变形特性，需要根据空间应用、结构质量、压力和服务年限等要求选取合适的静压，确定最佳的容器构型，设计最优的结构。实际上，不适当地增加材料用量可能会降低结构的承载能力，这是纤维缠绕压力容器较为独特之处。因为压力容器的几何特性和壳体的刚度参数相互影响，额外的纤维缠绕层会使壳体的刚度分布发生改变，迫使壳体在形状上作出相应的改变。但壳体的几何特性受缠绕芯模（或金属内衬）支配，且缠绕芯模的形状不经重新加工就不能改变，所以应避免不恰当地增加纤维缠绕层。
此外，柱形压力容器封头形状的设计也非常关键。封头形状与纤维角相互作用，在接近柱面直线段的封头区域容易产生严重的应力集中，使封头区域承受最高的应力，进而成为最临界的结构破坏位置。由钢、铝等各向同性材料制成的传统柱形压力容器，采用椭圆形封头以减少结构内的临界应力。随着正交各向异性纤维增强材料的出现，发现理想的封头是具有等张力的形状。
就纤维缠绕压力容器所希望的尺寸和载荷而言，这些结果突出了纤维缠绕层剪裁技术即设计优化的重要性。FEA是目前最可靠和最通用的数值分析技术，用它设计纤维缠绕压力容器的结构，必将提高设计水平、改善产品性能、缩短研制周期、节约研制费用和保证使用安全，进而带来巨大的经济效益和社会效益。缠绕压力容器结构的FEA过程包括载荷情况定义、材料特性计算与检验、有限元建模和联立方程组求解4个阶段。它与一般结构的FEA过程完全相同，只是对纤维缠绕层与金属内衬之间的接触和摩擦问题需要进行特殊处理。在接触问题中，接触状态随外载荷而变，从而形成必须通过某种形式的迭代计算才能求得与一定外载荷相适应的接触状态。接触状态一旦确定，其他问题便无异于一般结构的FEA.而在摩擦问题中，必须首先确定复合材料与内衬之间的摩擦系数。因为摩擦系数随表面光洁度、界面压力和材料特性而变，所以也必须通过试验或迭代，才能确定实际需要的摩擦系数。（图/文）