本文關(guān)鍵詞：帶纏繞層表面損傷的CNG-2型復(fù)合氣瓶的分析

  更多相關(guān)文章： CNG-2型復(fù)合氣瓶 表面損傷 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 有限元分析

【摘要】：CNG-2型復(fù)合氣瓶在社會(huì)的日常生產(chǎn)和生活中有著重要的應(yīng)用,CNG-2型復(fù)合氣瓶的生產(chǎn)和使用過程,會(huì)不可避免的產(chǎn)生纏繞層外表面的損傷,影響氣瓶的使用壽命和安全性,因此需通過科學(xué)計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證來分析表面損傷對(duì)于復(fù)合氣瓶的性能影響。本文按照此目標(biāo)對(duì)帶損傷的復(fù)合氣瓶進(jìn)行了有限元及實(shí)驗(yàn)分析,主要工作和結(jié)論如下： (1)分別將復(fù)合材料纏繞層表面的劃傷和磨損簡(jiǎn)化為矩形槽型損傷模型和橢圓凹坑型損傷模型,對(duì)具有兩種表面損傷類型的復(fù)合材料氣瓶進(jìn)行水壓爆破試驗(yàn),分別得出帶有2mm深表面損傷的復(fù)合氣瓶的爆破壓力,通過與相同尺寸的完好氣瓶的比較,得出兩種損傷模型使得氣瓶整體的爆破壓力分別降低6.13～11.13MPa和7～12MPa的結(jié)論。 (2)利用有限元軟件ANSYS分別建立帶有矩形槽型和橢圓凹坑型表面損傷的復(fù)合氣瓶模型,按照最大應(yīng)變理論求解帶損傷復(fù)合氣瓶的爆破壓力,將所求結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比,得出兩種模型的計(jì)算誤差分別為4.9%和0.46%,說明有限元計(jì)算的正確性。在此基礎(chǔ)上得出了帶損傷復(fù)合氣瓶爆破壓力隨著損傷深度的變化趨勢(shì)。 (3)對(duì)帶有矩形槽和橢圓凹坑損傷模型的復(fù)合氣瓶進(jìn)行有限元分析,得出表面損傷對(duì)于內(nèi)襯應(yīng)力的影響為：使得內(nèi)襯外表面相對(duì)于損傷部位的應(yīng)力增大,內(nèi)表面相對(duì)于損傷部位的應(yīng)力減小。運(yùn)用相同的分析方法分別得出了兩種損傷下復(fù)合氣瓶?jī)?nèi)襯的Mises應(yīng)力最大值隨缺陷深度的變化曲線,以及復(fù)合氣瓶纏繞層的環(huán)向應(yīng)力最大值隨缺陷深度的變化曲線,即損傷尺寸變化對(duì)于復(fù)合氣瓶纏繞層和內(nèi)襯的應(yīng)力影響趨勢(shì)。 (4)通過借鑒GB24160-2009中的規(guī)定：復(fù)合氣瓶的水壓爆破壓力不應(yīng)當(dāng)?shù)陀?5%的最小設(shè)計(jì)爆破壓力,得出帶矩形槽型損傷和橢圓凹坑損傷的復(fù)合氣瓶的損傷極限尺寸都為2mm；按照J(rèn)B4732附錄C對(duì)兩種帶損氣瓶進(jìn)行疲勞分析,得出帶矩形槽型損傷的復(fù)合氣瓶的剩余循環(huán)次數(shù)為16498次。帶橢圓凹坑型損傷的復(fù)合氣瓶的剩余循環(huán)次數(shù)為14973次。 (5)利用有限元軟件ANSYS分別建立了復(fù)合材料層上的穿透裂紋、矩形裂紋、橢圓形裂紋,選用橢圓形裂紋為計(jì)算用裂紋模型,并對(duì)帶有一定尺寸的橢圓形裂紋的復(fù)合材料氣瓶進(jìn)行有限元計(jì)算,得出帶裂紋損傷的復(fù)合氣瓶的爆破壓力減小的原因是纏繞層應(yīng)力最大點(diǎn)的應(yīng)力超出了復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度保證值而導(dǎo)致的。通過對(duì)完好氣瓶進(jìn)行有限元計(jì)算,得出了復(fù)合氣瓶在受載時(shí)內(nèi)襯和纏繞層的應(yīng)力變化趨勢(shì)及關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：CNG-2型復(fù)合氣瓶 表面損傷 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH49
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 復(fù)合材料及復(fù)合氣瓶的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.1.1 復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.1.2 復(fù)合材料氣瓶的發(fā)展和研究現(xiàn)狀11-12
• 1.1.3 復(fù)合氣瓶的分類、結(jié)構(gòu)和材料12-14
• 1.2 復(fù)合氣瓶表面損傷的研究14-16
• 1.2.1 復(fù)合材料損傷的概述14
• 1.2.2 復(fù)合材料損傷容限設(shè)計(jì)思想14-15
• 1.2.3 復(fù)合材料損傷的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文的研究目的和內(nèi)容16-18
• 1.3.1 研究目的16-17
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容17-18
• 2 帶損傷復(fù)合材料氣瓶的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析18-28
• 2.1 復(fù)合材料氣瓶的失效方式18-19
• 2.2 復(fù)合材料強(qiáng)度理論19-24
• 2.2.1 單向復(fù)合材料強(qiáng)度理論19-23
• 2.2.2 層合板的強(qiáng)度分析23-24
• 2.3 含缺口的層合板的剩余強(qiáng)度分析24-27
• 2.3.1 W-E-K模型25
• 2.3.2 W-N模型25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 3 帶表面損傷的復(fù)合氣瓶的分析28-71
• 3.1 有限元軟件ANSYS的介紹及表面損傷的模型簡(jiǎn)化28-29
• 3.1.1 有限元軟件ANSYS的介紹28
• 3.1.2 表面損傷的模型簡(jiǎn)化28-29
• 3.2 帶表面損傷復(fù)合材料氣瓶有限元建模的設(shè)置29-34
• 3.2.1 計(jì)算用復(fù)合氣瓶的結(jié)構(gòu)及參數(shù)29-30
• 3.2.2 單元選擇30-32
• 3.2.3 材料參數(shù)的設(shè)置32-33
• 3.2.4 復(fù)合材料建模的處理33-34
• 3.3 完好復(fù)合氣瓶的有限元分析34-39
• 3.3.1 截面法建立纏繞層35-37
• 3.3.2 實(shí)體法建模37-38
• 3.3.3 兩種建模方法的比較38-39
• 3.4 矩形槽缺陷模型的分析39-57
• 3.4.1 試驗(yàn)方法求爆破壓力40-45
• 3.4.2 有限元方法計(jì)算爆破壓力45-48
• 3.4.3 矩形槽型缺陷模型的應(yīng)力分析48-55
• 3.4.4 損傷極限尺寸的確定55-56
• 3.4.5 極限損傷尺寸下氣瓶的疲勞壽命分析56-57
• 3.5 橢圓凹坑缺陷模型的分析57-69
• 3.5.1 試驗(yàn)方法求爆破壓力57-60
• 3.5.2 有限元方法計(jì)算爆破壓力60-62
• 3.5.3 橢圓凹坑型缺陷模型的應(yīng)力分析62-68
• 3.5.4 損傷極限尺寸的確定68
• 3.5.5 極限損傷尺寸下氣瓶的疲勞壽命分析68-69
• 3.6 本章小結(jié)69-71
• 4 復(fù)合材料表面裂紋的有限元分析71-85
• 4.1 復(fù)合材料表面裂紋的建模71-79
• 4.1.1 復(fù)合材料表面裂紋及其建模的介紹71-72
• 4.1.2 復(fù)合材料上穿透裂紋的模型建立72-74
• 4.1.3 復(fù)合材料矩形裂紋的模型建立74-75
• 4.1.4 復(fù)合材料橢圓形裂紋的模型建立75-79
• 4.2 橢圓形裂紋模型的計(jì)算分析79-84
• 4.2.1 橢圓形裂紋模型的計(jì)算分析79-82
• 4.2.2 復(fù)合氣瓶受載過程的分析82-84
• 4.3 本章小結(jié)84-85
• 5 結(jié)論和展望85-88
• 5.1 本文的主要結(jié)論85-86
• 5.2 展望86-88
• 參考文獻(xiàn)88-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況91-92
• 致謝92-93

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：643920