复合材料缠绕压力容器的可靠性研究

发布时间：2020-05-26 05:13

【摘要】： 复合材料具有比强度高、比模量大、耐高温、抗腐蚀等优异性能,在航空航天、海洋军工与民用各领域具有广泛的应用。采用复合材料制成的纤维缠绕压力容器具有高承压能力,高疲劳寿命、轻质等优良性能。国外已经用它来取代钢制容器。近年来,我国也针对铝胆复合材料压力容器进行了相应的研制,并逐步推广使用。 传统的结构设计和强度校核,是建立在确定性方法的基础上,只是利用经验确定的安全系数来描述各种随机不确定性对结构性能的影响。这种方法并没有解决随机性问题,其结果与实际情况会产生很大的偏差,存在主观性强、科学性差、经济性低等弊端。将可靠性分析理论应用到复合材料结构设计与分析中是近些年来发展起来的一个崭新领域。该方法是以复合材料结构各个基本设计参数为随机变量,在考虑其概率分布的基础上对结构的失效概率进行预测和分析的一种可靠性分析方法,具有更高的科学性和合理性。 本文对应用最为普遍的承受内压作用的复合材料缠绕压力容器进行结构可靠性分析。将可靠性理论与复合材料结构力学理论相结合,在确定压力容器各设计变量概率分布的基础上,运用蒙特卡罗法(Monte Carlo)对纤维缠绕复合材料压力容器进行了结构可靠性分析研究,并根据计算结果对设计变量的敏感性进行了分析和评价。为复合材料缠绕压力容器结构的可靠性设计提供了一种合理的方法和科学依据。
【图文】：

要和广泛的应用。复合材料缠绕压力容器 (ComPositesove户刃 rappedPressurevessel，cOPv)是复合材料应用的典范，是航空航天等尖端科技领域应用比较成熟的一种先进的复合材料结构[’，2]，如图1.1所示。 coPv一般采用纤维缠绕工艺方法制造，由连续纤维提供产品所需的强度和刚度。目前，常用的纤维增强材料有碳纤维、Kevlar纤维、硼纤维等。制造时一般采用延展性好的金属材料如铝、热塑性塑料或橡胶作为内衬以满足容器的气密性能和疲劳性能要求。图1.1复合材料缠绕压力容器 Fig.1.1ComPositesovep刃 rapPedPressurevessel复合材料缠绕压力容器的发展始于20世纪50年代，是基于火箭发动机复合材料机壳技术。早期的复合材料容器是用玻璃纤维浸渍环氧树脂缠绕在橡胶内衬上，虽然其重量比钢质轻，但由于玻璃纤维较低的抗应力断裂及静态疲劳能力，且气体渗透率较大，因此需要采用较高的安全系数。

4.2.2复合材料缠绕压力容器有限元模型的建立本文所分析的复合材料缠绕压力容器是工程中应用的一种薄壁压力容器，用于气体或液体的储存。该压力容器外形为一回转体，，整体的有限元模型如图4.3所示。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH49

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本文编号：2681332