復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比模量大、耐腐蝕、抗疲勞性能好及可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由復(fù)合材料制成的纖維纏繞復(fù)合氣瓶以其工作壓力高、重量輕、安全可靠性好的特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域。 本文通過(guò)性能的對(duì)比分析選擇了制造纖維纏繞復(fù)合氣瓶的材料,根據(jù)網(wǎng)格理論完成了纖維纏繞復(fù)合氣瓶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建立了全參數(shù)化的復(fù)合氣瓶有限元三維模型、建立各種壓力工況(自緊壓力、零壓力、工作壓力、水壓試驗(yàn)壓力、最小爆炸壓力等)的載荷模型與邊界約束條件；對(duì)纖維纏繞復(fù)合氣瓶的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析,結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求；通過(guò)施加自緊壓力,可以有效降低工作壓力下氣瓶鋁合金內(nèi)膽材料的應(yīng)力水平,實(shí)現(xiàn)了在零內(nèi)壓條件下,氣瓶?jī)?nèi)膽處于其壓縮屈服極限應(yīng)力為60%-95%的最佳應(yīng)力范圍,提高氣瓶的疲勞壽命。 為了驗(yàn)證纖維纏繞復(fù)合氣瓶進(jìn)行ANSYS有限元分析設(shè)計(jì)的正確性,同時(shí)也為了得到復(fù)合材料氣瓶極限承載能力,及復(fù)合氣瓶在各個(gè)壓強(qiáng)下應(yīng)變數(shù)據(jù),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求,進(jìn)行了水壓爆破試驗(yàn)、常溫壓力循環(huán)試驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)、高溫蠕變?cè)囼?yàn)、跌落試驗(yàn)、裂紋容限試驗(yàn)、火燒試驗(yàn)、槍擊試驗(yàn)等多項(xiàng)驗(yàn)證性試驗(yàn)。結(jié)果表明,各項(xiàng)指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求,因此設(shè)計(jì)方案是合理可靠的。

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 復(fù)合材料的性能特點(diǎn)
    1.3 纖維纏繞復(fù)合氣瓶的發(fā)展?fàn)顩r
    1.4 纖維纏繞復(fù)合氣瓶的標(biāo)準(zhǔn)狀況
        1.4.1 纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器
        1.4.2 呼吸器用纖維纏繞復(fù)合氣瓶
        1.4.3 車(chē)用壓縮天然氣氣瓶
        1.4.4 壓縮氣體和液化氣體用纖維纏繞復(fù)合材料氣瓶
        1.4.5 美國(guó)航天和星際航空協(xié)會(huì)(AIAA)
        1.4.6 我國(guó)的纖維纏繞復(fù)合氣瓶的標(biāo)準(zhǔn)狀況
    1.5 本課題的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 復(fù)合材料的力學(xué)理論分析
    2.1 各向異性體彈性力學(xué)基礎(chǔ)
        2.1.1 各向異性體和的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系(層合板理論)
            2.1.1.1 一般情況
            2.1.1.2 有一個(gè)彈性對(duì)稱(chēng)面的情況
            2.1.1.3 正交各向異性的情況
        2.1.2 各向異性體的工程彈性常數(shù)
            2.1.2.1 工程彈性常數(shù)與模量分量、柔量分量之間的關(guān)系
            2.1.2.2 工程彈性常數(shù)的取值范圍
            2.1.2.3 二維正交各向異性體材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
    2.2 纖維纏繞復(fù)合氣瓶網(wǎng)格理論分析
        2.2.1 網(wǎng)格分析的基本概念
        2.2.2 纖維纏繞復(fù)合氣瓶筒身段的網(wǎng)格分析
        2.2.3 纖維纏繞復(fù)合氣瓶封頭段的網(wǎng)格分析
    2.3 復(fù)合材料的失效準(zhǔn)則
        2.3.1 最大應(yīng)力失效準(zhǔn)則和最大應(yīng)變失效準(zhǔn)則
        2.3.2 蔡-希爾(Tsai-Hill)失效準(zhǔn)則
    2.4 本章小結(jié)
第3章 纖維纏繞復(fù)合氣瓶材料的選用
    3.1 纖維纏繞復(fù)合氣瓶?jī)?nèi)膽材料的選用
    3.2 纏繞層復(fù)合材料的選用
        3.2.1 纖維的選用
        3.2.2 樹(shù)脂基體的選用
    3.3 本章小結(jié)
第4章 纖維纏繞復(fù)合氣瓶的設(shè)計(jì)
    4.1 纖維纏繞復(fù)合氣瓶的設(shè)計(jì)
        4.1.1 維纏繞復(fù)合氣瓶的技術(shù)指標(biāo)
        4.1.2 纖維纏繞復(fù)合氣瓶的結(jié)構(gòu)
        4.1.3 內(nèi)膽的設(shè)計(jì)
        4.1.4 纖維纏繞層的設(shè)計(jì)
            4.1.4.1 工藝參數(shù)
            4.1.4.2 強(qiáng)度計(jì)算
            4.1.4.3 環(huán)向纏繞強(qiáng)度計(jì)算
            4.1.4.4 縱向纏繞強(qiáng)度計(jì)算
            4.1.4.5 纖維層裂紋損傷校核
    4.2 有限元分析方法
        4.2.1 有限元分析方法的技術(shù)路線
        4.2.2 ANSYS有限元分析軟件
    4.3 纖維纏繞復(fù)合氣瓶有限元模型的建立
    4.4 纖維纏繞復(fù)合氣瓶應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與分析
        4.4.1 纖維纏繞復(fù)合氣瓶應(yīng)力分布要求
        4.4.2 纖維纏繞復(fù)合氣瓶應(yīng)力計(jì)算結(jié)果
            4.4.2.1 0壓力下計(jì)算結(jié)果
            4.4.2.2 工作壓力30MPa下計(jì)算結(jié)果
            4.4.2.3 試驗(yàn)壓力45MPa下計(jì)算結(jié)果
            4.4.2.4 爆破壓力90MPa下計(jì)算結(jié)果
        4.4.3 纖維纏繞復(fù)合氣瓶應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析
        4.4.4 纖維纏繞復(fù)合氣瓶自緊的原理和結(jié)果分析
            4.4.4.1 纖維纏繞復(fù)合氣瓶自緊的原理
            4.4.4.2 纖維纏繞復(fù)合氣瓶自緊工藝的有效性分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 纖維纏繞復(fù)合氣瓶的設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)證
    5.1 水壓爆破試驗(yàn)
    5.2 常溫壓力循環(huán)試驗(yàn)
    5.3 高低溫試驗(yàn)
    5.4 高溫蠕變?cè)囼?yàn)
    5.5 跌落試驗(yàn)
    5.6 裂紋容限試驗(yàn)
    5.7 槍擊試驗(yàn)
    5.8 火燒試驗(yàn)
    5.9 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論和展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝



本文編號(hào)：3773766