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(shè)計(jì)　出處：《大連理工大學(xué)》2011年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：復(fù)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(diǎn)被廣泛應(yīng)用于軍用和民用。隨著復(fù)合材料氣瓶的廣泛應(yīng)用,對(duì)氣瓶進(jìn)行科學(xué)的研究和準(zhǔn)確的分析顯得尤為重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和有限元方法的成熟,數(shù)值計(jì)算方法已經(jīng)成為研究復(fù)合材料氣瓶的重要方法。本文借助ANSYS有限元分析軟件,對(duì)鋁合金內(nèi)襯碳纖維全纏繞復(fù)合材料氣瓶進(jìn)行了有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì),主要針對(duì)全纏繞復(fù)合材料氣瓶進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究： (1)復(fù)合材料氣瓶?jī)?nèi)襯和纏繞層的力學(xué)分析。簡(jiǎn)化氣瓶模型,根據(jù)拉美公式推導(dǎo)出了內(nèi)襯的應(yīng)力和應(yīng)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(yīng)力公式；均衡型等應(yīng)力封頭的纖維纏繞角、纖維厚度和纖維應(yīng)力公式。 (2)全纏繞復(fù)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(fù)合氣瓶力學(xué)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(fù)合材料層合板,考慮了纖維纏繞張力的影響,實(shí)現(xiàn)了封頭段螺旋纖維層的變厚和變角度,通過比較復(fù)合材料氣瓶爆破壓力的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值驗(yàn)證了模型的正確性。對(duì)該復(fù)合材料氣瓶在六種工況(纖維纏繞殘余預(yù)應(yīng)力、自緊壓力、零壓力、工作壓力、水壓實(shí)驗(yàn)壓力、最小爆破壓力)下的有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析,結(jié)果表明該氣瓶完全符合DOT-CFFC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 (3)優(yōu)化設(shè)計(jì)。按照DOT-CFFC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定并結(jié)合各工況下應(yīng)力水平的要求建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,采用ANSYS提供的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,以工作壓力下內(nèi)襯最大Mises應(yīng)力為目標(biāo)函數(shù),對(duì)全纏繞復(fù)合材料氣瓶的自緊壓力和纖維纏繞殘余預(yù)應(yīng)力進(jìn)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(yīng)力水平,提高了氣瓶的可靠性,有效地縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期,減少設(shè)計(jì)費(fèi)用。 (4)自緊處理和纖維纏繞殘余預(yù)應(yīng)力的研究。利用上述有限元模型,研究了自緊處理對(duì)復(fù)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(yīng)力水平,改善工作壓力下纖維的應(yīng)力分配,可以充分發(fā)揮復(fù)合材料強(qiáng)度高的性能特點(diǎn)；通過對(duì)纖維纏繞殘余預(yù)應(yīng)力的研究,表明較大的纖維纏繞殘余預(yù)應(yīng)力能降低內(nèi)襯在工作壓力下的應(yīng)力水平,但是其對(duì)纖維層的應(yīng)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(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TH49

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1345524