Modelling of a thin-walled filament-wound composite cylinder using an axisymmetric approach

Abstract

In this report, finite element analyses (FEA) are preformed for a thin-walled filament-wound composite cylinder exposed to an inner pressure load. Analyses are run for an open cylinder, as well as for a closed cylinder. The purpose of the study is to gain enhanced knowledge on how to model cylindrical structures using an axisymmetric model approach. The commercial software package MSC.Marc/Mentat 2008r1 is employed in the analyses. Both continuum and composite axisymmetric elements are included in the FEA. In addition different methods are applied for calculating the element stiffness properties. The choice of element type and definition of the element stiffness properties will influence on the properties of each physical layer of the structure, as well as the overall response of the structure. The FEA results are compared both with analytical calculations and Laminated Tube. The axisymmetric continuum element is found to be applicable for modelling the cylindrical composite structure; the FEA results are in good agreement with analytical calculations, as well as the results obtained using Laminated Tube. However, the FEA results when employing axisymmetric composite elements in the modeling are not in accordance with either the analytical calculations or Laminated Tube. Hence, the composite element type investigated does not seem to be applicable.

Denne rapporten beskriver elementmetodeanalysene som er gjort for en tynnvegget, viklet sylinder I kompositt, utsatt for en indre trykklast. Analyser er utført både for en åpen sylinder og en lukket sylinder. Målet med studien er å få bedre forståelse av og kunnskap om hvordan man skal modellere sylindriske konstruksjoner ved å bruke en aksesymmetrisk modelltilnærming. Den kommersielle programvarepakken MSC.Marc/Mentat 2008r1 er benyttet i analysene. Både aksesymmetriske kontinuumelementer og komposittelementer er benyttet i analysene. I tillegg er det brukt ulike metoder for å beregne stivhetsegenskaper vil påvirke egenskapene til hvert av de fysiske lagene i konstruksjonen, så vel som egenskapene til konstruksjonen som helhet. Elementmetodeanalysene er sammenliknet med både analytiske beregninger og Laminated Tube. Det aksesymmetriske kontinuumelementet egner seg for modellering av den sylindriske konstruksjonen i kompositt; elementmetodeanalyseresultatene er i god overensstemmelse med analytiske beregninger, så vel som resultatene fra Laminated Tube. Resultatene fra analysene der komposittelementer er benyttet, er derimot ikke i overensstemmelse med verken analystiske beregninger eller Laminated Tube. Det aksesymmetriske komposittelementet virker derfor ikke å være egnet for denne typen analyser.