本文關鍵詞：復合材料氣瓶沖擊后損傷與剩余爆破壓力研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：纖維纏繞復合材料壓力容器（COPV，也稱復合材料氣瓶）以其優(yōu)良的性能而具有廣闊的應用前景。尤其在航空航天領域，復合材料氣瓶以其輕質(zhì)高強和安全性好等優(yōu)點被大量用來盛裝高壓液態(tài)燃料。復合材料對沖擊作用具有高度敏感性，所以生產(chǎn)加工或使用過程中外界的沖擊作用很可能會造成其結構損傷甚至爆破壓力降低。同時，面對正交各向異性材料的高度非線性問題，傳統(tǒng)的理論研究方法很難做出全面準確的分析。隨著有限元理論基礎的完善和計算機技術的發(fā)展，數(shù)值分析方法正在作為一種強有力的工具在復合材料氣瓶的結構設計和性能研究中起著重要作用。相比于試驗研究成本高昂和周期較長等缺點，通過數(shù)值方法建立合理的分析模型將具有重要的工程實際價值。 本文總結分析了復合材料氣瓶經(jīng)典力學研究理論，通過試驗研究和ABAQUS有限元軟件模擬分析技術相結合的方法，對不同能量沖擊作用后復合材料氣瓶的損傷和沖擊后剩余爆破壓力展開研究。 以國內(nèi)外研究成果為基礎，總結分析了纖維纏繞復合材料氣瓶結構分析中的經(jīng)典力學理論，并采用網(wǎng)格理論計算了復合材料氣瓶的爆破壓力。 對纖維纏繞復合材料氣瓶的沖擊損傷和沖擊后的剩余爆破壓力進行了試驗研究。試驗部分主要包括了沖擊損傷試驗和爆破試驗兩部分，在沖擊損傷試驗部分主要進行了落錘沖擊試驗以及用于表征沖擊損傷的三維形貌測試試驗和熱揭層試驗；在爆破試驗部分主要進行了復合材料氣瓶的沖擊損傷試驗及其沖擊后水壓爆破試驗。沖擊試驗結果表明：沖擊后纖維損傷的臨界沖擊能量在10-20J之間，沖擊凹坑深度和面積都和沖擊能量緊密相關。爆破試驗結果表明：沖擊能量為10J時，復合材料氣瓶剩余爆破壓力基本無變化，但當沖擊能量為20J和30J時，，爆破壓力則分別由79MPa降為77MPa和75MPa。 應用ABAQUS軟件對纖維纏繞復合材料氣瓶沖擊損傷和沖擊后剩余爆破壓力進行了有限元模擬研究。以復合材料氣瓶實際狀況為基礎，通過合理假設建立了用于分析復合材料氣瓶沖擊損傷過程和爆破過程的有限元模型，有限元模擬結果誤差總體在10%以內(nèi)。此外，通過改變氣瓶幾何尺寸參數(shù)，研究了復合材料氣瓶爆破壓力隨氣瓶筒身纏繞層厚度的變化規(guī)律。
【關鍵詞】：復合材料氣瓶 沖擊損傷 剩余爆破壓力 有限元模擬
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TB332;TH49
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-8
• 第1章 緒論8-26
• 1.1 課題背景8-9
• 1.2 纖維纏繞復合材料氣瓶簡介9-14
• 1.2.1 復合材料氣瓶的結構與材料9-11
• 1.2.2 復合材料氣瓶纏繞工藝11-12
• 1.2.3 復合材料氣瓶纖維纏繞規(guī)律12-13
• 1.2.4 復合材料氣瓶破壞模式13-14
• 1.3 復合材料強度準則14-17
• 1.4 國內(nèi)外復合材料氣瓶研究進展17-24
• 1.4.1 結構優(yōu)化研究進展17-21
• 1.4.2 力學性能研究進展21-24
• 1.5 主要研究內(nèi)容24-26
• 第2章 基礎理論分析26-42
• 2.1 網(wǎng)格理論分析26-28
• 2.2 沖擊過程分析28-33
• 2.2.1 沖擊過程虛功方程建立28-31
• 2.2.2 沖擊過程有限元法分析31-33
• 2.3 內(nèi)壓載荷作用時受力分析33-35
• 2.4 復合材料剩余強度分析方法35-39
• 2.4.1 等效裂紋分析法35-36
• 2.4.2 等效夾雜分析法36-38
• 2.4.3 全程分析法38-39
• 2.5 有限單元法原理39-41
• 2.5.1 連續(xù)結構的離散化39
• 2.5.2 位移模式和形函數(shù)39-40
• 2.5.3 單元力學特性分析40-41
• 2.6 本章小結41-42
• 第3章 復合材料氣瓶沖擊試驗和爆破試驗方案設計42-48
• 3.1 沖擊損傷試驗設備42-43
• 3.2 沖擊損傷試驗工裝設計43
• 3.3 沖擊損傷試驗方案43-44
• 3.4 沖擊損傷檢測方法44-45
• 3.4.1 沖擊凹坑三維形貌表征試驗44
• 3.4.2 熱揭層試驗44-45
• 3.5 爆破試驗設備及方案45-48
• 第4章 復合材料氣瓶沖擊與爆破試驗結果分析48-56
• 4.1 沖擊點凹坑深度檢測結果分析48-50
• 4.2 沖擊點凹坑面積檢測結果分析50-51
• 4.3 熱揭層試驗結果分析51-53
• 4.4 水壓爆破試驗結果分析53-54
• 4.5 本章小結54-56
• 第5章 沖擊損傷與剩余爆破壓力有限元模擬分析56-75
• 5.1 有限元模型建立56-61
• 5.1.1 分析模塊選擇56
• 5.1.2 材料屬性56-57
• 5.1.3 材料強度準則57-58
• 5.1.4 定義分析步58-59
• 5.1.5 載荷及邊界條件設置59-60
• 5.1.6 單元選用和網(wǎng)格劃分60-61
• 5.2 復合材料氣瓶沖擊損傷有限元模擬結果分析61-69
• 5.2.1 沖擊點凹坑形貌有限元模擬結果分析61-66
• 5.2.2 纖維損傷層數(shù)有限元模擬結果分析66-69
• 5.3 同一時刻不同纏繞層受力有限元模擬結果分析69-70
• 5.4 剩余爆破壓力有限元模擬結果分析70-73
• 5.5 本章小結73-75
• 結論75-76
• 參考文獻76-82
• 致謝82

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 史建軍;李得天;;碳纖維復合材料氣瓶的X射線實時成像技術[J];宇航材料工藝;2009年06期

2 高革;;Al-Mg-Al_2O_3-MgO復合材料的制取方法[J];輕合金加工技術;1975年02期

3 李潤民 ,張引枝 ,劉振宇;CA SELECTS Carbon Graphite Fibers[J];新型炭材料;1993年01期

4 蔣漢生;;玻璃鋼/復合材料在大型異形建筑結構中的應用特點[J];玻璃鋼;1995年04期

5 王鐵軍;熊寧;周武平;秦思貴;;新型金屬熔體浸滲復合材料的研究進展[J];機械工程材料;2006年09期

6 許幸新;劉傳紹;趙波;;超聲振動鉆削SiC顆粒增強鋁基復合材料時的切削力研究[J];工具技術;2007年01期

7 趙瑞方;華堅;聶建斌;;蜂窩狀三維織物及其加強復合材料的研制[J];紡織科技進展;2007年05期

8 張潔;;國內(nèi)復合材料氣瓶發(fā)展及氣瓶標準概況[J];纖維復合材料;2007年03期

9 汪志芬;林華;張可喜;王江;符新;;淀粉/天然橡膠復合材料的研究[J];彈性體;2008年02期

10 陳雷;曾黎明;羅蘭;張超;;聚醚醚酮樹脂的改性及應用進展[J];塑料科技;2009年12期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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

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

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

4 郜永娟;劉正英;楊鳴波;;注塑成型CB/iPP/HDPE復合材料電性能的研究[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

5 馬寒松;;纖維型Microstretch復合材料的面內(nèi)有效彈性模量預測[A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

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

7 益小蘇;王震;劉志真;楊慧麗;丁孟賢;李宏運;;高韌性樹脂轉移模塑聚酰亞胺復合材料技術[A];航空科學技術學科發(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復合材料導熱性研究[A];2010年全國高分子材料科學與工程研討會學術論文集（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)耗與力學譜及其應用學術會議論文集[C];2009年

10 楊宜謙;;復合材料在橋梁工程中的應用[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年學術年會文集[C];2000年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 亞蘭;亞什蘭在華代理TA公司PVC復合材料[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合材料無人機[N];中國航空報;2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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

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

3 袁磊;利用反應燒結法制備Si_3N_4復合材料及其多孔材料的研究[D];東北大學;2008年

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

5 尹昌平;共注射RTM制備承載/隔熱/防熱一體化復合材料[D];國防科學技術大學;2009年

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

7 莊健;Cu/TiC復合材料的制備，組織結構及摩擦磨損行為[D];吉林大學;2011年

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

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

10 孟黎清;飛機蜂窩結構動態(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;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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

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

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

4 蔡國鋒;竹粉/聚丙烯復合材料的研究[D];華東理工大學;2012年

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

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

7 滕祥萌;復合材料閉合薄壁梁的模態(tài)阻尼預測[D];山東科技大學;2011年

8 姜舜;復合材料的多平面加強柱殼結構研究[D];華中科技大學;2011年

9 于長榮;功能性聚丙烯基納米復合材料的研究[D];北京化工大學;2011年

10 尚寶月;風機葉片用玄武巖纖維復合材料的改性研究[D];遼寧工程技術大學;2011年

  本文關鍵詞：復合材料氣瓶沖擊后損傷與剩余爆破壓力研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：394428