【摘要】：具有金屬內(nèi)襯的全纏繞復合氣瓶具有高承壓、高疲勞壽命、質(zhì)輕、耐腐蝕、安全性好等優(yōu)良性能,已廣泛應(yīng)用于航空航天、建筑、交通等領(lǐng)域。因此對復合氣瓶進行力學分析和優(yōu)化設(shè)計具有非常重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。 本文基于MSC.Marc有限元平臺,以計算機數(shù)值模擬為主,與理論分析相結(jié)合,較全面的分析了纖維纏繞復合氣瓶內(nèi)襯及復合層的力學性能,并對工藝參數(shù)進行優(yōu)化。主要研究結(jié)果如下： 以實際工藝過程為基礎(chǔ),建模過程中考慮了封頭處纏繞層厚度和沿子午線纏繞角的不斷變化,對封頭每個單元分別定義了單元厚度及材料主方向,選擇八節(jié)點六面體單元,對幾何突變的地方進行網(wǎng)格細化,從而建立了符合實際的復合氣瓶有限元模型。 通過對116L復合氣瓶的有限元分析,獲得了鋁內(nèi)襯在預(yù)緊壓力、工作壓力及爆破壓力等條件下的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律,計算了內(nèi)襯爆破壓力與理論計算結(jié)果對比誤差為2.5%；研究了不同位置、尺寸內(nèi)襯缺陷對內(nèi)襯爆破壓力、位移、應(yīng)力及應(yīng)變分布的影響。結(jié)果顯示,夾雜周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中,夾雜處位移、應(yīng)力、應(yīng)變分布不均,夾雜的存在不僅會影響內(nèi)襯的爆破壓力,而且影響到氣瓶的使用壽命。 分析了兩種鋪層下復合層的應(yīng)力分布規(guī)律和極限承載能力。鋪層二鋪層設(shè)計較合理,極限承載能力大；研究了長徑比和內(nèi)襯壁厚對氣瓶性能的影響,對氣瓶進行優(yōu)化設(shè)計。 這些結(jié)果可為工藝參數(shù)的確定和優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。
【圖文】：

承壓、高疲勞壽命、質(zhì)輕、耐腐蝕等優(yōu)良吐能的完美結(jié)合[3，4]，已廣泛應(yīng)用于航空航天、建筑、交通等領(lǐng)域[5]。全纏繞復合氣瓶結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。復合氣瓶結(jié)構(gòu)由內(nèi)襯層、纖維纏繞增強層和外保護層組成。內(nèi)襯主要起到氣密、耐溫和防腐的作用;纖維纏繞增強層是內(nèi)壓的主要承載體;外保護層是為了提高復合氣瓶抗外載荷沖擊特性。目前，復合氣瓶主要應(yīng)用于汽車的壓縮天然氣(CNG)氣瓶、呼吸器系統(tǒng)(包括背負式和小型呼吸器以及逃生用的呼吸面具)以及航空或航海(包括逃生滑梯充氣裝置和航空吸氧裝置)[l]。l)內(nèi)襯;2)纖維纏繞層;3)玻璃纖維纏繞層圖1.1全纏繞復合氣瓶結(jié)構(gòu)示意圖 Fig.1.1SchematicdiagramoffullywraPPedeomPositeeylinder

3纖維纏繞復合氣瓶成型工藝復合氣瓶的成型工藝包括內(nèi)襯成型工藝和纖維纏繞成型工藝[7]。復合氣瓶的制造工藝流程圖如圖1.2所示。鋁鋁內(nèi)襯制造造 造造造造造造造造造造造造造造造造 拉 拉 拉拉伸、旋壓、熱處理、機加工等等 纖纖維纏繞繞 固固化化 批批批批批批 批批量檢驗驗驗驗驗驗驗驗驗驗驗驗驗驗水水壓試驗驗 驗驗驗驗驗驗驗包裝、入庫 庫圖1.2復合氣瓶的制造工藝流程圖 Fig.1.2ManufacturingflowchartofeomPositeeylinders
【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

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本文編號：2531400