本文關(guān)鍵詞： 復(fù)合材料壓力容器 爆破壓力 纏繞張力 自緊壓力 漸進(jìn)損傷　出處：《大連理工大學(xué)》2011年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：纖維復(fù)合材料由于其高比強(qiáng)度、比模量的特點(diǎn),已經(jīng)應(yīng)用于航空航天結(jié)構(gòu)中。纖維纏繞壓力容器就是復(fù)合材料得到廣泛應(yīng)用的典型范例。具有金屬內(nèi)膽的纖維纏繞壓力容器極限破壞載荷(爆破壓力)關(guān)乎結(jié)構(gòu)和人員安全,故其計(jì)算分析至關(guān)重要,大量實(shí)驗(yàn)及數(shù)值仿真研究表明,即使在工作壓力下,纖維纏繞容器的復(fù)合材料纏繞層已經(jīng)出現(xiàn)大量的基體開裂和分層損傷,載荷主要由纏繞層纖維承擔(dān),這使得在計(jì)算容器爆破壓力時(shí),應(yīng)考慮纏繞層的破壞并進(jìn)行相應(yīng)的剛度折減。通常纖維纏繞壓力容器的力學(xué)性能和承載能力強(qiáng)烈依賴于其制造工藝,如纏繞張力制度、固化制度(溫度和壓力)以及自緊工藝壓力等。這使得將制造工藝因素引入纖維纏繞壓力容器的有限元分析中變得尤為重要。 本文通過(guò)編寫ANSYS用戶子程序的方法將Hashin破壞準(zhǔn)則引入有限元計(jì)算,對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行破壞判斷,并進(jìn)行相應(yīng)的剛度折減。同時(shí),將纖維纏繞張力和自緊工藝引入有限元計(jì)算。首先,設(shè)計(jì)計(jì)算出纏繞張力制度,并應(yīng)用厚壁筒理論將其轉(zhuǎn)化為纏繞完畢后纏繞層的應(yīng)力狀態(tài),采用纖維束彈性變形理論計(jì)算出每一層的纖維體積分?jǐn)?shù),采用橋聯(lián)理論由纖維體積分?jǐn)?shù)計(jì)算出每一層的工程彈性常數(shù)和強(qiáng)度常數(shù),最后計(jì)算容器的爆破壓力；其次,計(jì)算出最佳自緊壓力,將容器進(jìn)行一次自緊循環(huán),再計(jì)算容器的爆破壓力。最后,綜合考慮纖維纏繞張力和自緊壓力,對(duì)容器進(jìn)行爆破壓力的計(jì)算。 本文工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(10702012)的資助。
[Abstract]:Fiber composites are characterized by their high specific strength and specific modulus. Filament wound pressure vessel is a typical example of the extensive application of composite materials. The ultimate failure load (blasting pressure) of filament wound pressure vessel with metal inner tank. It's about structure and personnel safety. Therefore, the calculation and analysis are very important. A large number of experiments and numerical simulations show that even under the working pressure, a large number of matrix cracking and delamination damage have occurred in the composite wound layer of the filament wound vessel. The load is mainly carried by the winding fiber, which makes it possible to calculate the blasting pressure of the vessel. The failure of the winding layer should be considered and the corresponding stiffness reduction should be taken into account. Generally, the mechanical properties and bearing capacity of the filament wound pressure vessel depend strongly on its manufacturing process, such as the winding tension system. The curing system (temperature and pressure) and the pressure of self-tightening process make it very important to introduce the manufacturing process factors into the finite element analysis of filament wound pressure vessel. In this paper, the Hashin failure criterion is introduced into the finite element calculation by writing the ANSYS user subroutine to judge the damage of the composite material, and the corresponding stiffness is reduced. At the same time. The filament winding tension and self-tightening process are introduced into the finite element calculation. Firstly, the winding tension system is designed and calculated, and the thick wall tube theory is applied to transform it into the stress state of the winding layer after winding. The fiber volume fraction of each layer is calculated by using the elastic deformation theory of fiber bundle, and the engineering elastic constant and strength constant of each layer are calculated by bridging theory. Finally, the blasting pressure of vessel is calculated. Secondly, the optimal self-tightening pressure is calculated, the vessel is subjected to a self-tightening cycle, and then the blasting pressure is calculated. Finally, considering the filament winding tension and the self-tightening pressure, the blasting pressure of the vessel is calculated. This work is supported by the National Natural Science Foundation of China.
【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

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