1 空間桁架結構石膏芯模
    對于纖維纏繞復合材料制品，芯模是很重要的。芯模的種類多種多樣，根據產品形狀和需要，需要采用不同的芯模結構、制造方式和不同的材料。其中，石膏芯模由于原材料石膏價格便宜、來源廣泛、成型容易、適合制作各種復雜形狀芯模等優點，在國內外得到廣泛的應用?，F在的石膏芯模普遍采用隔板式結構，這種結構的特點是簡單可靠，并且脫模方便^[1]。但在大尺寸制品中，由于這種結構比較松散，而石膏本身強度較低，容易造成石膏層環向和45°方向的開裂，從而影響纏繞過程的進行?？臻g桁架結構具有高層次超靜定、結構自重輕、充分發揮材料特性、結構剛性大、抗震性能好、二力桿件只承受軸向拉力或壓力，無剪力與彎矩、造型多變等優點,因而在工程界得到廣泛應用^[2]。由于普遍采用的桁架均為可拆卸結構,因此可以用于芯模的筒身段。構成圖1所示結構。

      
    本文著重探索空間桁架結構用于石膏芯模的力學可行性，因此對具體的桁架不加以詳細的闡述。
    圖2所示為直徑為480mm的芯模（在此不具體說明其制品壓力容器的具體規格參數，以及纏繞過程），在纏繞過程中主要承受纖維纏繞張力引起的纖維的徑向和軸向壓力。根據其設計要求，可求得徑向壓力為：
            σ_r＝1.327×10⁶P_α
    軸向壓力為：

               
    這里采用鋁制直徑為10mm的桁架，那么筒身段可以在ANSYS中建立如圖3所示模型，在其節點加載已知的徑向和軸向壓力，求解能夠得到下圖的各節點x、y、z方向的位移色圖，由此結果可知x、y、z方向上的大位移分別為0.47952E-04m、－0.50307E-04m和-0.42190E-04m，結構整體的變形量均小于0.01％。

                  
    芯模在纏繞過程中，除承受因纖維張力而引起的徑向和軸向壓力外，在纏繞、固化和機械加工時，由于芯模運轉、啟動或停止也會產生慣性力矩，這主要會引起筒身段的扭曲變形，引起石膏層45°方向的開裂。在本例中，可以大致估算得慣性力矩：
           M＝76.8kgf?m
    由此可解得圖5所示節點x、y方向位移色圖，
其大位移分別為0.11870E-05m、0.11870E-05m，
變形量都小于0.0005％。 [-page-]

                  
2 結語
    以上ANSYS分析結果顯示了這種結構在承受纏繞壓力和慣性力時的良好的整體剛度，并且由于桁架結構多采用鋁合金制造，自身的重量并不大，在重量上也同樣保持了石膏芯模質輕的優勢。因此，如果可以將桁架結構應用于石膏芯模中，不僅可以克服隔板式結構在抗扭曲以及軸向剛度不高的缺點，也不會大幅度增加自重。
    當然，合適的芯模結構除了能承受由纏繞工藝而引起的工作載荷、本身自重載荷和加工時機械載荷等的要求，以及滿足在使用期內對芯模的剛度、強度、重量等的要求外,還要滿足便于制作、吊裝運輸、順利脫模等的要求。因此要想將桁架結構真正用于芯模的制作當中，還需要進一步的研究和試驗。
                    參考文獻
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