纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器通常由金屬內(nèi)襯和外層纏繞的高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成。該復(fù)合壓力容器以其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事及工業(yè)領(lǐng)域。在應(yīng)用范圍增廣的同時,應(yīng)當(dāng)著重研究其基礎(chǔ)方面,尤其是帶金屬內(nèi)襯復(fù)合壓力容器的受力狀態(tài)的數(shù)值模擬分析。過去廣泛深入地研究各向同性材料的壓力容器,而復(fù)合材料壓力容器有著與他們本質(zhì)的不同——各向異性。并且具有金屬內(nèi)襯碳纖維纏繞的壓力容器結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,特別是在封頭部分的纏繞。纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器封頭部分沿其子午線方向其厚度在不斷變化,且任意點(diǎn)的纏繞角度也各不相同。 本文參閱大量文獻(xiàn),研究了具有金屬內(nèi)襯碳纖維纏繞復(fù)合容器的結(jié)構(gòu)和制造工藝,并且研究了關(guān)于它的經(jīng)典的力學(xué)分析。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)纏繞工藝的實(shí)際情況,深入分析復(fù)合容器的纖維纏繞特別是封頭部分的纏繞,提出了在該類復(fù)合容器的每個法向橫截面纖維束的通過數(shù)相等,利用EXCEL、AUTOCAD、PRO/E等軟件結(jié)合實(shí)例最終建立此類復(fù)合容器特別是其封頭部分的幾何模型。合理假設(shè)此類復(fù)合容器環(huán)向?qū)ΨQ,封頭部分纖維纏繞層與筒身的縱向纏繞纖維層連續(xù)以及各纖維層之間沒有相對滑動,且纏...

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
        1.1.1 復(fù)合材料的發(fā)展
        1.1.2 高壓儲氫用復(fù)合材料壓力容器
        1.1.3 航天航空用復(fù)合材料壓力容器
        1.1.4 液化氣天然氣用集裝箱和槽車
        1.1.5 復(fù)合材料壓力容器的優(yōu)點(diǎn)
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 復(fù)合材料壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
        1.3.1 纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器標(biāo)準(zhǔn)
        1.3.2 氣瓶標(biāo)準(zhǔn)
    1.4 強(qiáng)度計算方法概述
        1.4.1 有限元法的基本思想
        1.4.2 有限元分析軟件ANSYS簡介
        1.4.3 MIC-MAC復(fù)合材料專用計算軟件
    1.5 纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器強(qiáng)度分析的意義
    1.6 本文研究內(nèi)容
2 金屬內(nèi)襯碳纖維纏繞壓力容器結(jié)構(gòu)及制造工藝
    2.1 金屬內(nèi)襯碳纖維纏繞壓力容器結(jié)構(gòu)
        2.1.1 防撞擊保護(hù)層
        2.1.2 纖維外纏繞層
        2.1.3 纖維纏繞增強(qiáng)層
        2.1.4 內(nèi)襯
    2.2 纏繞工藝基本線型
        2.2.1 環(huán)向纏繞容器
        2.2.2 縱向纏繞容器
        2.2.3 螺旋纏繞容器
    2.3 金屬內(nèi)襯纖維纏繞壓力容器的制造工藝
        2.3.1 內(nèi)襯制造工藝
        2.3.2 容器纏繞成型工藝
    2.4 本章小結(jié)
3 復(fù)合材料力學(xué)分析和強(qiáng)度理論
    3.1 復(fù)合材料層合板的力學(xué)性能
        3.1.1 單層板的正軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
        3.1.2 單層板的偏軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
    3.2 纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器力學(xué)分析
        3.2.1 纖維纏繞壓力容器筒身段的網(wǎng)格分析
        3.2.2 封頭的基本方程
    3.3 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的常用強(qiáng)度準(zhǔn)則
        3.3.1 最大應(yīng)力準(zhǔn)則
        3.3.2 最大應(yīng)變準(zhǔn)則
        3.3.3 蔡-希爾(Tsai-Hill)強(qiáng)度準(zhǔn)則
        3.3.4 幾種強(qiáng)度準(zhǔn)則的比較
    3.4 本章小結(jié)
4 纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器有限元分析
    4.1 儲氫容器參數(shù)
    4.2 幾何模型的建立
    4.3 單元類型的選取
    4.4 各向異性材料的剛度矩陣
        4.4.1 三維正交材料
        4.4.2 二維的正交材料
        4.4.3 二維的正交材料的坐標(biāo)變換
    4.5 ANSYS坐標(biāo)系
        4.5.1 坐標(biāo)系簡述
        4.5.2 單向復(fù)合材料坐標(biāo)系
    4.6 有限元分析模型
        4.6.1 網(wǎng)格劃分
        4.6.2 單元坐標(biāo)系的確定
    4.7 結(jié)果與比較
    4.8 實(shí)驗
    4.9 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
附表一
在讀期間發(fā)表論文



本文編號：3911263