Sulla base dei principi fondamentali della meccanica elasto-plastica, viene condotta un'analisi della resistenza di un nuovo recipiente ad alta pressione caratterizzato da un cilindro interno sottile e un avvolgimento a striscia piatta e vengono proposti criteri di progettazione. In condizioni operative, il nastro di acciaio è soggetto a sollecitazioni di trazione allineate alla direzione di avvolgimento, nonché a sollecitazioni radiali derivanti dagli effetti combinati della pressione operativa interna e delle sollecitazioni di trazione pre-avvolgimento.
Lo strato di avvolgimento del recipiente è soggetto a pressione interna nel suo raggio interno e pressione esterna nel suo raggio esterno (che corrisponde al diametro esterno del recipiente). Il processo di produzione, che prevede l'avvolgimento di nastri di acciaio sotto pretensione, riduce lo stress nel sottile cilindro interno, migliorando così la capacità del recipiente di resistere alla pressione interna. Un design ottimizzato raggiunge caratteristiche di "uguale resistenza", il che significa che all'aumentare della pressione operativa interna, sia lo strato di avvolgimento che il cilindro interno raggiungono simultaneamente lo stato di snervamento.
È possibile derivare una formula per calcolare la pressione operativa interna massima per la condizione in cui sia il cilindro interno sottile che lo strato di avvolgimento cedono simultaneamente. La progettazione delle dimensioni radiali di un recipiente funzionante in stato di snervamento richiede la considerazione della pressione operativa interna e del diametro interno del recipiente, entrambi dettati dai requisiti del processo di produzione. La pretensione applicata durante l'avvolgimento del nastro può essere calcolata utilizzando criteri di resa del materiale e la forza di pretensione può essere controllata durante la produzione effettiva secondo le formule corrispondenti.
Analizzando la progettazione della resistenza dei recipienti a pressione avvolti a striscia piatta secondo i codici ASME e considerando le caratteristiche specifiche dei metodi di progettazione del codice insieme alle proprietà intrinseche di questi recipienti, è possibile formulare un approccio di progettazione ottimizzato.
I risultati dell’analisi teorica mostrano un accordo generale con i dati sperimentali. Le questioni che richiedono ulteriori studi includono l'analisi delle interazioni di attrito tra il sottile cilindro interno e lo strato di avvolgimento (nonché tra gli strati di avvolgimento) e l'impatto di queste interazioni sulla resistenza strutturale.
Per garantire sicurezza e affidabilità, i recipienti avvolti a striscia piatta devono essere sottoposti a test di pressione. Il coefficiente di pressione di prova, λ, è generalmente impostato su 1,15 per le prove pneumatiche o 1,25 per le prove idrostatiche. Sulla base della teoria della progettazione dell'affidabilità e considerando la resistenza allo snervamento e la resistenza allo scoppio della nave, è possibile analizzare la relazione tra il coefficiente di pressione di prova e il fattore di sicurezza. I fattori di sicurezza standard sono generalmente fissati su un valore maggiore o uguale a 1,45 per il carico di snervamento (ns) e maggiore o uguale a 2,30 per il carico di snervamento (nb).
