本文關(guān)鍵詞：鋁合金內(nèi)襯碳纖維全纏繞氣瓶有限元分析與優(yōu)化設計　出處：《大連理工大學》2011年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：復合材料氣瓶以其質(zhì)量輕、耐腐蝕、密封性能好、可靠性高等諸多優(yōu)點被廣泛應用于軍用和民用。隨著復合材料氣瓶的廣泛應用,對氣瓶進行科學的研究和準確的分析顯得尤為重要。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和有限元方法的成熟,數(shù)值計算方法已經(jīng)成為研究復合材料氣瓶的重要方法。本文借助ANSYS有限元分析軟件,對鋁合金內(nèi)襯碳纖維全纏繞復合材料氣瓶進行了有限元分析和優(yōu)化設計,主要針對全纏繞復合材料氣瓶進行了以下幾個方面的研究： (1)復合材料氣瓶內(nèi)襯和纏繞層的力學分析。簡化氣瓶模型,根據(jù)拉美公式推導出了內(nèi)襯的應力和應變。在網(wǎng)格理論的基礎(chǔ)上,給出了螺旋纏繞加環(huán)向纏繞筒身段的纖維厚度和纖維應力公式；均衡型等應力封頭的纖維纏繞角、纖維厚度和纖維應力公式。 (2)全纏繞復合材料氣瓶的有限元分析。采用ANSYS參數(shù)化編程語言(APDL)建立與全纏繞復合氣瓶力學性能盡可能一致的參數(shù)化有限元模型。在模型中,將纖維纏繞層視為復合材料層合板,考慮了纖維纏繞張力的影響,實現(xiàn)了封頭段螺旋纖維層的變厚和變角度,通過比較復合材料氣瓶爆破壓力的預測值與實驗值驗證了模型的正確性。對該復合材料氣瓶在六種工況(纖維纏繞殘余預應力、自緊壓力、零壓力、工作壓力、水壓實驗壓力、最小爆破壓力)下的有限元計算結(jié)果進行了分析,結(jié)果表明該氣瓶完全符合DOT-CFFC標準的規(guī)定。 (3)優(yōu)化設計。按照DOT-CFFC標準的規(guī)定并結(jié)合各工況下應力水平的要求建立優(yōu)化數(shù)學模型,采用ANSYS提供的優(yōu)化設計方法,以工作壓力下內(nèi)襯最大Mises應力為目標函數(shù),對全纏繞復合材料氣瓶的自緊壓力和纖維纏繞殘余預應力進行了優(yōu)化,得到了最優(yōu)值,使內(nèi)襯在工作壓力下有較低的應力水平,提高了氣瓶的可靠性,有效地縮短了產(chǎn)品設計周期,減少設計費用。 (4)自緊處理和纖維纏繞殘余預應力的研究。利用上述有限元模型,研究了自緊處理對復合材料氣瓶性能的影響,結(jié)果表明自緊處理能明顯降低內(nèi)襯在工作壓力下的應力水平,改善工作壓力下纖維的應力分配,可以充分發(fā)揮復合材料強度高的性能特點；通過對纖維纏繞殘余預應力的研究,表明較大的纖維纏繞殘余預應力能降低內(nèi)襯在工作壓力下的應力水平,但是其對纖維層的應力水平影響很小
[Abstract]:Composite gas cylinder is widely used in military and civilian applications for its advantages of light quality, corrosion resistance, good sealing performance and high reliability. With the wide application of composite gas cylinder, it is very important to carry out scientific research and accurate analysis of the cylinder. With the development of computer technology and the maturity of the finite element method, the numerical calculation method has become an important method to study the composite gas cylinder. Based on the ANSYS finite element analysis software, the finite element analysis and optimization design of aluminum alloy lined carbon fiber full winding composite cylinder were carried out.
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TH49

【參考文獻】

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