در این الگو الیاف از یک قطب به قطب دیگر پیچیده می‌شود. در میان سه الگوی ذکر شده، الیاف پیچی مارپیچی کاربرد متنوع تری دارد و تقریبا برای هر قطر و طولی می‌توان با تغییر پارامترها این الگو را به کاربرد، حتی می‌توان همه لوله‌های کامپوزیتی و مخازن تحت فشار را به وسیله الیاف پیچی مارپیچی تولید کرد[۶].

شماتیک الگوهای پیچیش لوله‌ها و مخازن کامپوزیتی

کمانش پوسته‌های کامپوزیتی
سازه‌های از نوع پوسته بصورت‌های مختلف مثل مخازن، بدنه هواپیما، بدنه زیر دریایی و سقف‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک پوسته را می‌توان به عنوان یک جسم جامد محصور بین دو سطح منحنی تعریف کرد. فاصله بین این دو سطح ضخامت پوسته است.
توسعه کاربرد این سازه‌ها در زمینه‌های مختلف مطالعه دقیق‌تر رفتار مکانیکی آن‌ها را سبب شده است. یکی از مسایل مهم در رفتار مکانیکی پوسته‌ها، مبحث کمانش می‌باشد. اگر به یک ساختمان پوسته‌ای نیروی فشاری وارد آید و بتدریج بر مقدار این نیرو افزوده گردد موقعی خواهد رسید که به ازای مقدار خاصی از نیرو در پوسته تغییر فرم های قابل ملاحظه‌ای پدید خواهد آمد و ساختمان پوسته‌ای حالت اولیه تعادل خود را از دست خواهد داد. این وضعیت که کمانش پوسته نامیده می‌شود از نقطه نظر عملی در طرح و آنالیز پوسته ها حایز اهمیت است. بررسی پایداری پوسته‌ها به علت دو خصوصیت فرم‌های پوسته‌ای قابل توجه است یکی آنکه نسبت ضخامت پوسته به دیگر ابعاد آن بسیار کم است و دیگر آنکه انواع سازه‌های پوسته‌ای تحت اثر نیروهایی قرار می‌گیرند که این نیروها در آن‌ها، میدان تنش فشاری ایجاد می‌کند به دو دلیل فوق پوسته در معرض خطر کمانش قرار می‌گیرد. البته در پوسته‌ها ایجاد کمانش همیشه مترادف با زوال و از بین رفتن ساختمان پوسته‌ای نیست و غالبا پوسته‌ها پس از کمانش هنوز هم قابلیت تحمل بار را خواهند داشت ولی از نظر مهندسی معمولا ایجاد کمانش مقدمه ای برای زوال فرم پوسته بحساب می آید.
در آنالیز استاتیکی سازه‌های کامل^[۱۲] دو پدیده‌ای که عمدتا کمانش نامیده می‌شود عبارت است از کلپس^[۱۳] دو نقطه ماکزیمم بار – تغییر مکان و کمانش دوگانگی^[۱۴]، این دو نوع ناپایداری در شکل های (۱-۱۱) و (۱-۱۲) تشریح شده است.
استوانهای که تحت بار فشاری محوری در شکل (۱-۱۱) نشان داده شده است تقریبا در طول مسیر تعادل OA در شرایط متقارن محوری تغییر شکل می‌دهد تا جائیکه به بار ماکزیمم یا حدی ʎ_L در نقطه A برسد. در نقطه A بار قابل تحمل استوانه با افزایش تغییر مکآن‌ها کاهش می‌یابد و سازه کمانش خواهد نمود. در اینجا دو مسیر برای آن قابل پیش بینی است:
مسیر OABC که طی آن رشد تغییر شکل‌های بزرگ حالت تقارن محوری حفظ می‌شود.
مسیر OABD که در ابتدا تغییر فرم متقارن رخ می‌دهد ولی در نقطه B، فرم تغییر شکل به فرم نامتقارن تبدیل می‌شود.
در این مسیر، در بار کمانش یا نقطه دوگانگی روی مسیر بار-تغییر مکان، تغییر فرم‌ها روی مسیر جدیدی با الگوی متفاوت با مسیر طی شده شروع به رشد می‌کند، تخریب سازه یا رشد نامحدود این تغییر فرم در صورتی روی خواهد داد که شیب منحنی بار تغییر مکان پس از نقطه دوگانگی مقداری منفی داشته باشد، در این حالت بار وارده مستقل از مقادیر تغییر مکان خواهد بود.
بار حدی در نقطه A روی می‌دهد و کمانش دوگانگی در نقطه B حاصل می‌گردد مسیر OABC متناظر با تغییر شکل متقارن محوری سازه است و اصطلاحا مسیر اولیه یا اساسی پیش کمانش نامیده می‌شود مسیر BD، مسیر پس دوگانگی^[۱۵] و متناظر با تغییر شکل نا متقارن می‌باشد.
نمودار بار تغییر مکان محوری انتهای استوانه با نقطه حدی A، نقطه دوگانگی B و مسیر پس دوگانگی BD[5]
حالتی که معمولا در کمانش اتفاق می افتد در شکل (۱-۱۲) نشان داده شده است که در آن نقطه B مابین A و O واقع شده است. در این نقطه پیش از آنکه بارگذاری قطعه به بار ماکزیمم ʎ_L برسد مود تغییر شکل‌های نامتقارن شروع شده و سازه فرو خواهد ریخت.
منحنی های بار تغییر مکان، بیانگر نقاط حدی و دوگانگی[۵]
باید خاطر نشان کرد که کلمه کمانش برای اغلب اشخاص عادی تصور نوعی از شکست را در ذهن تداعی می‌کند و تصاویری به ذهن خطور می‌کند که حاکی از تغییر شکل‌های بزرگ می‌باشد. از دیدگاه علمی مهندسی فاز جالب توجه پدیده کمانش، عموما پیش از هنگامی است که تغییر شکل‌ها بزرگ شروع شده باشد. یعنی در واقع هنگامیکه با چشم غیر مسلح سازه بدون تغییر فرم و یا با تغییر فرم بسیار ملایم بنظر می‌رسد.
از روش‌های قابل استفاده برای بررسی پایداری الاستیک می‌توان به روش استاتیکی، نقصانی، انرژی، ارتعاشی و کیفیتی اشاره کرد. در روش استاتیکی مقادیر ویژه بار بحرانی (P_crit) را تعیین می‌کند. بار بحرانی در اینجا باری است که به ازای آن سیستم معادلات تعادل در یک موقعیت جابجا شده دارای حل‌های متعدد (بی نهایت) باشد. مقادیر ویژه بدست آمده، طیف کامل بار بحرانی را نشان می‌دهند. برای مقاصد علمی کمترین مقدار ویژه مورد نیاز می‌باشد[۵].
اهداف پژوهش
بررسی معایب ساخت در تولید لوله‌ها و مخازن هدف اصلی این پژوهش می‌باشد. اما بررسی رفتار کمانشی در لوله‌ها و مخازن با طول‌ها و قطرهای متفاوت و همچنین بررسی کمانش غیر خطی در مطالعه نمونه آزمایشگاهی از دیگر نکاتی است که در این پایان نامه به آن‌ها پرداخته شده است. همچنین تعیین دقت محورها و اجزای دستگاه رشته‌پیچی در این پژوهش مورد بررسی قرار می‌گیرد.
مروری بر منابع
مقدمه
در ساخت مخازن کامپوزیتی با فرایند رشته‌پیچی، پارامترهای متعددی برای بهینه‌سازی مخزن وجود دارد که از مهمترین آن‌ها میتوان به هندسه مخزن و خصوصیات مکانیکی ماده اشاره کرد. هدف تولید یک مخزن بهینه، با ثابت نگهداشتن پارامترهای هندسی و جنس ماده اولیه است از این رو باید به پارامترهایی مانند ضخامت و درصد حجمی الیاف در هر لایه و همچنین زاویه ترتیب قرارگیری زوایا اشاره کرد. در ساخت مخازن با فرایند رشته‌پیچی، پارامترهای مذکور تحت خطاهایی قرار می‌گیرند. در این فصل، مروری بر تحقیقات انجام شده از پژوهشگران در رابطه با مهمترین پارامترهای موثر بر آرایش لایه‌ها و تاثیر آن‌ها بر رفتار کمانشی مخزن شده است.
اولین مطالعات انجام شده در زمینه کمانش پوسته‌ها به قرن نوزدهم میلادی مربوط می‌شود که به دلیل عدم وجود یک فرمول بندی مشخص در پایداری، بطور قابل ملاحظه‌ای متفاوت بودند. لوی^[۱۶] مساله پایداری حلقه دوار با پهنای واحد تحت فشار خارجی یکنواخت را بررسی کرد و رابطه (۲-۱) را برای فشار بحرانی یک رینگ حلقوی را به صورت زیر ارائه کرد[۵] :
P_crit = (E/4)×(t/a)³
(که در این رابطه (t) ضخامت رینگ و (a) شعاع رینگ است.)
میسز^[۱۷] در بررسی تعیین فشار بحرانی برای یک لوله که در دو انتها دارای تکیه گاه ساده است دریافت که فشار بحرانی نه تنها تابع مدول الاستیسیته و نسبت ارتفاع به شعاع رینگ می‌باشد بلکه تابع طول به شعاع رینگ نیز می‌باشد[۵].