不等极孔复合材料压力容器的纤维缠绕路径设计与承载性能优化

为解决不等极孔压力容器纤维缠绕路径设计难题，研究人员创新性地建立了基于子午线旋转偏移法的数学模型，通过引入多边界条件（包括两端封头赤道处缠绕角连续性、滑移系数约束等）构建罚函数目标，结合Tsai-Wu失效准则(Tsai-Wu failure criterion)和经典层合板理论(classical laminate theory)进行双封头多目标优化。优化后容器承载能力提升62.38%，失效位置从右封头赤道转移至极孔，并通过图形化仿真验证了该方法的有效性和普适性。

　　

这项研究针对不等极孔复合材料压力容器(composite pressure vessel)的纤维缠绕(fiber winding)路径设计难题展开攻关。传统方法主要关注测地线(geodesic)和非测地线路径，而对极孔不对称结构的探索较为有限。研究团队另辟蹊径，采用子午线旋转偏移法(meridian rotation offset method)建立数学模型，巧妙设置多重边界条件：既确保两端封头赤道处缠绕角连续性，又引入滑移系数(slip coefficient)约束保障工艺可行性。

基于Tsai-Wu失效准则(Tsai-Wu failure criterion)和经典层合板理论(classical laminate theory)，创新性地引入性能因子(performance factor)作为评价指标。将这些边界条件整合为罚函数(penalty function)，对双封头结构进行多目标优化(multi-objective optimization)。优化成果令人振奋——压力容器承载能力飙升62.38%，更值得注意的是失效模式发生根本转变：从右封头赤道失效转为极孔区域失效，揭示出优化设计对应力分布的精准调控。

通过图形化仿真(graphical simulation)验证，该方法能灵活适配不同参数容器的缠绕需求。应力分布分析(stress distribution analysis)进一步证实了设计的可靠性，为航空航天、氢能储运等领域的不对称结构压力容器制造提供了新思路。