碳纖維纏繞復(fù)合材料氣瓶的有限元數(shù)值分析.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料具有比強(qiáng)度比模量高、耐高溫抗腐蝕等優(yōu)異性能，在航空航天與民用領(lǐng)域都具有重要和廣泛的應(yīng)用。利用工程上復(fù)合材料壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計普遍應(yīng)用的網(wǎng)格理論，進(jìn)行筒體部分縱向纏繞和環(huán)向纏繞的設(shè)計；采用層合板理論，運(yùn)用Tsai-Hill強(qiáng)度準(zhǔn)則，進(jìn)行了強(qiáng)度校核。 借助MSC．Patran/Marc有限元分析軟件，分析氣瓶材料的彈塑性歷程，設(shè)計了氣瓶的預(yù)緊壓力。僅考慮內(nèi)壓作用下，參考DOT CFFC標(biāo)準(zhǔn)，對碳纖維纏繞復(fù)合氣瓶在不同工況

2、下的應(yīng)力、應(yīng)變分布進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬研究；分析確定了氣瓶的最佳預(yù)緊壓力；探討了縱向纏繞角對氣瓶爆破壓力及纖維強(qiáng)度轉(zhuǎn)換率的影響。有限元計算結(jié)果表明，氣瓶的應(yīng)變以瓶身中部和肩部兩側(cè)的環(huán)向處應(yīng)變最大，而氣瓶肩部的變形并不明顯。通過合理選擇預(yù)緊壓力，可以有效降低工作壓力下氣瓶金屬內(nèi)襯材料的應(yīng)力水平，提高復(fù)合材料氣瓶的綜合性能。 針對隨機(jī)抽樣的氣瓶樣品，進(jìn)行了水壓和爆破試驗測試。試驗結(jié)果表明，數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果基本吻合，容器各項指標(biāo)