碳纖維復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)具有比強(qiáng)度比模量高、耐高溫抗腐蝕等優(yōu)異性能,在航空航天、海洋軍工(如各類戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)殼體)與民用各領(lǐng)域具有重要和廣泛的應(yīng)用。本研究針對目前CFRP纏繞壓力容器采用安全系數(shù)法設(shè)計不能解決隨機(jī)性問題,對結(jié)構(gòu)功能的重要影響因素沒有科學(xué)量化,經(jīng)濟(jì)性低等弊端,進(jìn)行了CFRP纏繞壓力容器在纏繞工藝過程中和內(nèi)壓作用下的可靠性研究。 制備了碳纖維單向板、碳纖維纏繞NOL環(huán)、碳纖維纏繞壓力容器,進(jìn)行了各項力學(xué)性能試驗與水壓爆破試驗。對CFRP纏繞壓力容器各重要設(shè)計變量(單向板彈性常數(shù)及其強(qiáng)度、壓力容器纏繞工藝參數(shù)及幾何尺寸)的隨機(jī)統(tǒng)計特征進(jìn)行了試驗研究,并根據(jù)Kolmogorov-Smirnov檢驗法,獲得各設(shè)計隨機(jī)變量的最優(yōu)概率統(tǒng)計分布。根據(jù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性理論和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)理論,建立了CFRP纏繞壓力容器可靠性分析的極限狀態(tài)方程。在試驗基礎(chǔ)上,編制了基于MATLAB的Monte Carlo數(shù)值模擬軟件,實現(xiàn)了CFRP纏繞壓力容器可靠性分析與設(shè)計。完成壓力容器在剛度衰退模式下的失效載荷與失效概率分布,以...

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 本研究課題的學(xué)術(shù)背景及研究目的與意義
    1.2 結(jié)構(gòu)可靠性分析基本理論及研究現(xiàn)狀
        1.2.1 結(jié)構(gòu)可靠性分析基本理論
        1.2.2 結(jié)構(gòu)可靠性分析概率模型
        1.2.3 結(jié)構(gòu)可靠性分析基本方法
    1.3 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計理論與方法
        1.3.1 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析基本理論
        1.3.2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)失效模式
        1.3.3 單向復(fù)合材料損傷破壞過程的細(xì)觀力學(xué)可靠性分析
        1.3.4 復(fù)合材料層合板的可靠性分析
    1.4 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可靠性研究現(xiàn)狀與進(jìn)展
    1.5 本課題的來源及主要研究內(nèi)容
第2章 CFRP 纏繞壓力容器基本設(shè)計變量隨機(jī)分布的試驗研究
    2.1 引言
    2.2 試驗準(zhǔn)備
        2.2.1 試件的組分材料
        2.2.2 試件制備
    2.3 試驗方案
        2.3.1 單向板性能試驗
        2.3.2 NOL 環(huán)性能試驗
        2.3.3 水壓爆破試驗
    2.4 單向板試驗結(jié)果與分析
        2.4.1 0°方向拉伸與壓縮性能
        2.4.2 90°方向拉伸與壓縮性能
        2.4.3 面內(nèi)剪切性能
    2.5 NOL 環(huán)拉伸性能試驗結(jié)果
    2.6 壓力容器爆破壓力與環(huán)向應(yīng)變的隨機(jī)分布
    2.7 本章小結(jié)
第3章 CFRP 纏繞工藝過程的優(yōu)化
    3.1 引言
    3.2 固化制度優(yōu)化
        3.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模
        3.2.2 遺傳算法尋優(yōu)
    3.3 纏繞張力制度優(yōu)化
        3.3.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模
        3.3.2 遺傳算法尋優(yōu)
    3.4 本章小結(jié)
第4章 纖維纏繞復(fù)合材料強(qiáng)度設(shè)計準(zhǔn)則
    4.1 引言
    4.2 復(fù)合材料二向強(qiáng)度準(zhǔn)則
        4.2.1 最大應(yīng)力準(zhǔn)則
        4.2.2 最大應(yīng)變準(zhǔn)則
        4.2.3 Tsai-Hill 準(zhǔn)則
        4.2.4 Tsai-Wu 準(zhǔn)則
    4.3 不同纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度準(zhǔn)則對比分析
        4.3.1 不同纖維增強(qiáng)復(fù)合材料單向板的強(qiáng)度準(zhǔn)則對比
        4.3.2 不同纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度準(zhǔn)則對比
        4.3.3 強(qiáng)度準(zhǔn)則適用性的結(jié)論
    4.4 本章小結(jié)
第5章 CFRP 纏繞壓力容器的可靠性分析與數(shù)值模擬
    5.1 引言
    5.2 基于Monte Carlo 的CFRP 纏繞壓力容器可靠性分析
        5.2.1 設(shè)計隨機(jī)變量的確定
        5.2.2 設(shè)計隨機(jī)變量的最優(yōu)概率統(tǒng)計分布
        5.2.3 CFRP 纏繞壓力容器的單層應(yīng)力分析
        5.2.4 建立極限狀態(tài)方程
        5.2.5 剛度衰退模型
        5.2.6 逐層失效應(yīng)力分析與強(qiáng)度計算
    5.3 用MATLAB 實現(xiàn)CFRP 纏繞壓力容器可靠性分析及其Monte Carlo數(shù)值模擬
        5.3.1 MATLAB 與Monte Carlo 方法相結(jié)合的顯著優(yōu)勢
        5.3.2 MATLAB 隨機(jī)數(shù)選取
        5.3.3 基于MATLAB 的Monte Carlo 數(shù)值模擬
        5.3.4 CFRP 纏繞壓力容器失效演變過程與可靠性分析
    5.4 分析結(jié)果與討論
        5.4.1 CFRP 纏繞壓力容器爆破壓力的概率統(tǒng)計分布
        5.4.2 模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的對比分析
        5.4.3 可靠性分析結(jié)果與確定性分析結(jié)果的對比分析
    5.5 爆破壓力及失效概率統(tǒng)計分布的影響因素分析
        5.5.1 主要影響因素的獨(dú)立分析
        5.5.2 各影響因素的橫向?qū)Ρ确治?br>    5.6 CFRP 纏繞壓力容器可靠性安全系數(shù)的確定
        5.6.1 傳統(tǒng)安全系數(shù)的確定
        5.6.2 可靠性安全系數(shù)的確定
    5.7 基于網(wǎng)格理論的CFRP 纏繞壓力容器可靠性設(shè)計
        5.7.1 網(wǎng)格理論
        5.7.2 基于網(wǎng)格理論的可靠性設(shè)計
    5.8 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文使用授權(quán)書
哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位涉密論文管理
致謝
個人簡歷



本文編號：3809370