本文關(guān)鍵詞：復(fù)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(fù)合材料壓力容器（COPV，也稱復(fù)合材料氣瓶）以其優(yōu)良的性能而具有廣闊的應(yīng)用前景。尤其在航空航天領(lǐng)域，復(fù)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(fù)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(jié)構(gòu)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(chǔ)的完善和計算機技術(shù)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(fù)合材料氣瓶的結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)分析了復(fù)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(shù)相結(jié)合的方法，對不同能量沖擊作用后復(fù)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(chǔ)，總結(jié)分析了纖維纏繞復(fù)合材料氣瓶結(jié)構(gòu)分析中的經(jīng)典力學理論，并采用網(wǎng)格理論計算了復(fù)合材料氣瓶的爆破壓力。 對纖維纏繞復(fù)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(fù)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(jié)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(guān)。爆破試驗結(jié)果表明：沖擊能量為10J時，復(fù)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(yīng)用ABAQUS軟件對纖維纏繞復(fù)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(fù)合材料氣瓶實際狀況為基礎(chǔ)，通過合理假設(shè)建立了用于分析復(fù)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(jié)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(fù)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(guān)鍵詞】：復(fù)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(fù)合材料氣瓶簡介9-14
• 1.2.1 復(fù)合材料氣瓶的結(jié)構(gòu)與材料9-11
• 1.2.2 復(fù)合材料氣瓶纏繞工藝11-12
• 1.2.3 復(fù)合材料氣瓶纖維纏繞規(guī)律12-13
• 1.2.4 復(fù)合材料氣瓶破壞模式13-14
• 1.3 復(fù)合材料強度準則14-17
• 1.4 國內(nèi)外復(fù)合材料氣瓶研究進展17-24
• 1.4.1 結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)41-42
• 第3章 復(fù)合材料氣瓶沖擊試驗和爆破試驗方案設(shè)計42-48
• 3.1 沖擊損傷試驗設(shè)備42-43
• 3.2 沖擊損傷試驗工裝設(shè)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(shè)備及方案45-48
• 第4章 復(fù)合材料氣瓶沖擊與爆破試驗結(jié)果分析48-56
• 4.1 沖擊點凹坑深度檢測結(jié)果分析48-50
• 4.2 沖擊點凹坑面積檢測結(jié)果分析50-51
• 4.3 熱揭層試驗結(jié)果分析51-53
• 4.4 水壓爆破試驗結(jié)果分析53-54
• 4.5 本章小結(jié)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(shè)置59-60
• 5.1.6 單元選用和網(wǎng)格劃分60-61
• 5.2 復(fù)合材料氣瓶沖擊損傷有限元模擬結(jié)果分析61-69
• 5.2.1 沖擊點凹坑形貌有限元模擬結(jié)果分析61-66
• 5.2.2 纖維損傷層數(shù)有限元模擬結(jié)果分析66-69
• 5.3 同一時刻不同纏繞層受力有限元模擬結(jié)果分析69-70
• 5.4 剩余爆破壓力有限元模擬結(jié)果分析70-73
• 5.5 本章小結(jié)73-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻76-82
• 致謝82

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