【摘要】： 采用復(fù)合材料制成的全纏繞復(fù)合氣瓶主要應(yīng)用于氫燃料電池汽車高壓儲氫容器、呼吸器及車用壓縮天然氣燃料氣瓶等領(lǐng)域。這類氣瓶綜合了復(fù)合材料的高比強度、可設(shè)計性以及內(nèi)襯的良好氣密性、優(yōu)良的耐蝕性等諸多優(yōu)點,使其達到高承壓能力、高疲勞壽命、質(zhì)輕、耐腐蝕等優(yōu)良性能的完美結(jié)合。國外已經(jīng)用它來取代鋼制氣瓶。近年來,我國也在對鋁膽復(fù)合氣瓶進行研制,并逐步推廣使用。目前,復(fù)合氣瓶的有限元分析技術(shù)和高效、可靠、實用的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)已成為重要的研究課題。將有限元數(shù)值分析和優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于全纏繞復(fù)合氣瓶的設(shè)計中,在產(chǎn)品設(shè)計階段可以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性,改善壓力容器的性能,有效地縮短產(chǎn)品設(shè)計周期和費用。 本課題是武漢理工大學(xué)復(fù)合材料纏繞裝備所的預(yù)研項目,主要針對全纏繞復(fù)合氣瓶開展以下幾個方面的研究: (1)確定全纏繞復(fù)合氣瓶的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。以網(wǎng)格理論為基礎(chǔ),結(jié)合纖維纏繞工藝要求和氣瓶容積約束條件,設(shè)計了某一型號的全纏繞復(fù)合氣瓶內(nèi)襯和復(fù)合材料纏繞層的結(jié)構(gòu),確定了內(nèi)襯的幾何尺寸、螺旋纏繞層和環(huán)向纏繞層的纏繞角度和厚度。 (2)復(fù)合材料纏繞層力學(xué)分析。運用彈性力學(xué)理論對復(fù)合材料纏繞層進行理論分析,采用正交各向異性單層材料的強度理論和層合板理論進行強度校核。 (3)全纏繞復(fù)合氣瓶有限元分析和評價。在ANSYS中采用層單元規(guī)劃建立了與復(fù)合氣瓶力學(xué)特性盡可能一致的全參數(shù)化有限元模型,實現(xiàn)了封頭段螺旋纏繞層的變厚和變角度,建立了復(fù)合氣瓶結(jié)構(gòu)非線性有限元分析流程,采用美國DOT-CFFC設(shè)計準則對復(fù)合氣瓶五種工況下的有限元計算結(jié)果進行分析。研究了復(fù)合氣瓶自緊的原理,對比分析了自緊處理前后的計算結(jié)果。 (4)整體優(yōu)化設(shè)計。按照DOT-CFFC設(shè)計準則建立了復(fù)合氣瓶優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型,采用有限元優(yōu)化設(shè)計方法研究了自緊壓力、鋪層角度、鋪層厚度對復(fù)合氣瓶性能的影響因素,并分別以工作壓力條件下內(nèi)襯應(yīng)力和氣瓶容重比為目標函數(shù),對復(fù)合氣瓶整體結(jié)構(gòu)進行了多層優(yōu)化設(shè)計,確定了最佳設(shè)計方案。
【圖文】：

筒身和封頭的連接處為應(yīng)力集中區(qū)，對該區(qū)域的網(wǎng)格進行了加密。氣瓶共劃分2420個SHELL99單元和4840個SOLID95單元，27713個節(jié)點，劃分網(wǎng)格后的復(fù)合氣瓶1/2有限元模型如圖4一5所示。八拍、攘攘靴娜 娜萎葵紛紛輟藉攜攜露黝錫 錫 魏魏黝鷺霎 霎黝楊 楊裸鑒罄罄鑫)罄囊黔 黔 戶戶戶姍考奎{緲 緲;漁選 選祥搬 搬鬢聚緩繃 繃 尹尹尹姍燕紛 紛誠 誠;墓 ---探女粉、、一一 姍 姍 姍 姍 姍姍丈透澎 澎 娜 娜娜哪注 注扮扮如如廠廠一飾 飾攀粉堆 堆 口口口助姐吻吻仁湯 湯扮扮鈞鈞粉粉一車施施艇漁七 七撇靴舞舞碧碧碧撇翰 翰耗沐二 二打打粉粉戮黯撇… …招招招趣鞍 鞍耳、節(jié)睡棄棄宋_孤 孤戳巍戮… …刃刃刃粼運致致于認 認慮禮 禮曝曝肇毅 毅刃刃刃量鱺 鱺 禮 禮艘樸 樸彝曝巍黔 ...口口口鞠翻 翻如· ·~愉 愉纂蘸黔竇貓 貓娜娜瓶球 球解出書曰幼， ---蘸巍彝巍茲 茲艦 艦艦亡照班價莖縈魏幼幼 幼圖4一5復(fù)合氣瓶有限元網(wǎng)格模型

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖4一4筒身段單元鋪層形式 4.1.4網(wǎng)格生成在ANSYS前處理中建立了氣瓶三維實體模型。內(nèi)襯部分用SOLID95單元劃分網(wǎng)格，為了保證分析精度，在殼體厚度上保證至少有兩層單元。在內(nèi)襯實體的外表面用SHELL99單元劃分網(wǎng)格建立復(fù)合材料層，層單元的節(jié)點偏置于復(fù)合層底面。利用單元節(jié)點偏置功能，將兩種單元連接起來，并合并相同位置節(jié)點。對于全纏繞復(fù)合氣瓶，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，為了保證單元形狀的規(guī)則，不使局部區(qū)域出現(xiàn)較大的計算誤差或矩陣奇異而終止計算，均采用映射網(wǎng)格劃分。筒身和封頭的連接處為應(yīng)力集中區(qū)，對該區(qū)域的網(wǎng)格進行了加密。氣瓶共劃分2420個SHELL99單元和4840個SOLID95單元，27713個節(jié)點
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH49

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 朱金榮;朱銀垂;;復(fù)合材料纖維纏繞技術(shù)在直升機上的應(yīng)用[J];直升機技術(shù);2004年01期

2 Kurt C.GRAMNLL;眉山;;纖維纏繞壓力容器的圓頂厚度[J];導(dǎo)彈與航天運載技術(shù);1991年03期

3 張旭坡;李勇;肖軍;鄧智泉;;磁懸浮電機轉(zhuǎn)子加強環(huán)設(shè)計及工藝研究[J];宇航材料工藝;2006年04期

4 吳國璋 ,孫偉;纖維纏繞軸類構(gòu)件試驗及“彈簧效應(yīng)”[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1986年03期

5 崔海濤,溫衛(wèi)東,佟麗莉;纖維纏繞復(fù)合材料彎管強度分析[J];宇航材料工藝;2003年06期

6 江敬媛;;美軍研制106毫米無座力炮復(fù)合炮管[J];現(xiàn)代兵器;1981年10期

7 Steven J.Zitek;官煥華;;凱夫拉49復(fù)合材料纏繞孔眼的特性[J];固體火箭技術(shù);1983年04期

8 王志輝;李明捷;;一種纏繞中心角精確解的求法[J];國外建材科技;2005年06期

9 李勇,肖軍;纖維纏繞的曲面架空分析及其應(yīng)用[J];宇航材料工藝;2002年03期

10 王志輝;曹德華;;纖維鋪放系統(tǒng)的機構(gòu)分析[J];中國水運(學(xué)術(shù)版);2006年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張昌天;李晶晶;江大志;肖加余;;二維點陣復(fù)合材料圓筒結(jié)構(gòu)軟模輔助纏繞成型及軸向壓縮性能研究[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊)[C];2010年

2 何九領(lǐng);魯金華;;復(fù)合材料失效分析[A];探索 創(chuàng)新 交流（第4集）——第四屆中國航空學(xué)會青年科技論壇文集[C];2010年

3 劉時風(fēng);王勇;陶雪榮;陳顯鋒;;AU2000聲-超聲復(fù)合材料檢測系統(tǒng)研制[A];復(fù)合材料的現(xiàn)狀與發(fā)展——第十一屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議論文集[C];2000年

4 佟景偉;沈珉;王世斌;李鴻琦;穆祥新;;復(fù)合材料變形與損傷的光力學(xué)細觀實驗系統(tǒng)[A];復(fù)合材料：生命、環(huán)境與高技術(shù)——第十二屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議論文集[C];2002年

5 郜永娟;劉正英;楊鳴波;;注塑成型CB/iPP/HDPE復(fù)合材料電性能的研究[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

6 馬寒松;;纖維型Microstretch復(fù)合材料的面內(nèi)有效彈性模量預(yù)測[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

7 益小蘇;王震;劉志真;楊慧麗;丁孟賢;李宏運;;高韌性樹脂轉(zhuǎn)移模塑聚酰亞胺復(fù)合材料技術(shù)[A];航空科學(xué)技術(shù)學(xué)科發(fā)展報告(2008-2009)[C];2009年

8 鄭媛心;王言倫;王孝軍;楊杰;;環(huán)氧樹脂/AlN復(fù)合材料導(dǎo)熱性研究[A];2010年全國高分子材料科學(xué)與工程研討會學(xué)術(shù)論文集（下冊）[C];2010年

9 王先平;王偉國;李春;程幟軍;方前鋒;;Li_5La_3Ta_2O_(12)/Al基高阻尼復(fù)合材料的制備和阻尼性能[A];第九屆全國固體內(nèi)耗與力學(xué)譜及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

10 楊宜謙;;復(fù)合材料在橋梁工程中的應(yīng)用[A];西部大開發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國科協(xié)2000年學(xué)術(shù)年會文集[C];2000年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 亞蘭;亞什蘭在華代理TA公司PVC復(fù)合材料[N];中國化工報;2008年

2 鄭英;江陰自主研發(fā)產(chǎn)品獲JEC復(fù)合材料展創(chuàng)新獎[N];江陰日報;2010年

3 黃麗娟邋胡偉濱 記者 王方遒;亞洲最大復(fù)合材料生產(chǎn)基地在哈建成[N];哈爾濱日報;2007年

4 朱劍紅;中國建材收購德國企業(yè)[N];人民日報;2007年

5 記者 劉棉柳;EPMC復(fù)合材料發(fā)展進入新階段[N];廣東科技報;2005年

6 記者 楊靜;中國復(fù)合材料集團鎖定“三高”產(chǎn)品[N];中國建材報;2006年

7 爾基;專注指向成功[N];現(xiàn)代物流報;2007年

8 朱江;帝斯曼復(fù)合材料樹脂集團推出兩個新產(chǎn)品[N];中國建材報;2008年

9 廣文;秦皇島奧體中心獲贈“復(fù)合材料輕型抗爆炸容器”[N];人民公安報;2008年

10 洋洋;澳大利亞將試飛模塊化全復(fù)合材料無人機[N];中國航空報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 袁輝;碳/碳復(fù)合材料剛度與強度預(yù)測模型研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

2 聶軍武;CoFe_2O_4-BaTiO_3磁電復(fù)合材料的制備及性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

3 袁磊;利用反應(yīng)燒結(jié)法制備Si_3N_4復(fù)合材料及其多孔材料的研究[D];東北大學(xué);2008年

4 許文嬌;廢棄環(huán)氧樹脂再生技術(shù)及應(yīng)用研究[D];東華大學(xué);2011年

5 尹昌平;共注射RTM制備承載/隔熱/防熱一體化復(fù)合材料[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

6 康建立;銅基體上原位合成碳納米管（纖維）及其復(fù)合材料的性能[D];天津大學(xué);2009年

7 莊健;Cu/TiC復(fù)合材料的制備，，組織結(jié)構(gòu)及摩擦磨損行為[D];吉林大學(xué);2011年

8 韓相華;鐵基微粉/粘合劑復(fù)合材料的微波吸收性能研究[D];蘭州大學(xué);2010年

9 王寶來;三維編織復(fù)合材料的力學(xué)性能和尺寸效應(yīng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

10 孟黎清;飛機蜂窩結(jié)構(gòu)動態(tài)沖擊下的破壞機理及吸收能量分配機制[D];太原理工大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 卜軍;含端乙煥基硅/氮樹脂及其復(fù)合材料的研究[D];華東理工大學(xué);2012年

2 石品品;碳纖維增強聚對苯二甲酸乙二醇酯復(fù)合材料的制備和性能研究[D];華東理工大學(xué);2012年

3 沈艷萍;高介電常數(shù)氰酸酯基復(fù)合材料的研究[D];蘇州大學(xué);2011年

4 蔡國鋒;竹粉/聚丙烯復(fù)合材料的研究[D];華東理工大學(xué);2012年

5 梁少旭;含孔隙復(fù)合材料的強度分析研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

6 李國琴;泡沫來層復(fù)合材料的制備及其力學(xué)和阻燃性能的研究[D];東華大學(xué);2011年

7 金瑩瑩;周期微六面體點陣復(fù)合材料帶隙阻尼特性研究[D];大連理工大學(xué);2012年

8 蔣園園;光纖光柵傳感器應(yīng)用于復(fù)合材料損傷監(jiān)測的研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

9 滕祥萌;復(fù)合材料閉合薄壁梁的模態(tài)阻尼預(yù)測[D];山東科技大學(xué);2011年

10 姜舜;復(fù)合材料的多平面加強柱殼結(jié)構(gòu)研究[D];華中科技大學(xué);2011年

本文編號：2592831