基于边界层理论复合材料压力容器可靠性分析

发布时间：2020-07-19 19:56

【摘要】： 复合材料压力容器(Composite Overwrapped Pressure Vessel,COPV)具有比强度、比模量高、耐高温抗腐蚀等优异性能,在航空航天、海洋军工及民用各领域得到广泛的应用。发展和完善复合材料压力容器的可靠性设计理论和方法对于实现航空航天领域中的提高结构性能——价格比和减重的高目标具有极其重要的理论和工程意义。然而,目前复合材料压力容器的可靠性设计的理论还不成熟,需要进行深入的研究。本文首次将有矩的边界层理论与可靠性分析结合,给出复合材料压力容器更为合理的可靠性预测分析。本文工作主要包括以下内容：首先基于经典层合理论和网络理论对复合材料压力容器进行了宏观力学分析,成功地将边界层理论与经典层合理论相结合,推导了COPV的更为真实、合理的广义内力、应变解答的表达式；其次对工程可靠性设计理论和方法的发展进行了概述,详细介绍并推导了改进一次二阶矩法和Monte-Carlo法；最后,简要概述了复合材料强度准则,应用应力分配矩阵法计算了单层纤维主轴方向应力,并基于Tsai-Wu强度准则推导建立了极限状态方程,完成了复合材料压力容器可靠性分析。本文基于MATLAB语言编译了上述子块的实现程序,并分别给出算例进行验证；最后完成了复合材料压力容器可靠性分析的流程图,并对某一真实型号的复合材料压力容器进行可靠性分析,初步验证了自行编译程序的合理性和正确性。
【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
【图文】：

复合材料压力容器,成品,试件,比模量

大连理工大学硕士学位论文与研究意义ompositeov~铆edpres二eVessel，C的科技领域应用较成熟的先进的复合材维、Kevlar纤维等，经聚合物基树脂浸图如图1.2所示，一般由内衬、纤维增其具有比强度高、比模量大、可实现等性能优异以及便于大尺寸整体成型等显各领域的应用日益广泛[‘周。

示意图,回转壳体,轴向应变,容器

段每层厚度:h=0.0003m，纤维缠绕角:心=【一0，0，一0，0，6，一o，o，一61④承受内压:p二3.0加?a由图3.2给出的计算流程图，得到该模型压力容器壳体的内力、应变分布如图3.3所示。x10-a轴向应变ea分布示意图/I/’尤匀尸J..仍e尹/沪一了了“起俐侧娜 0.50经典层合理论最终解答50轴向坐标:200y.共加O个单元图3.3(a)容器回转壳体轴向应变分布示意图 Fig.3.3(a)AxialstrainofFilament一 woundshellofrevolution

示意图,回转壳体,内力分布,容器

100150200y.共20。个单元图3.3(b)容器回转壳体环向应变分布示意图 Fig.3.3(b)CireumferentialstrainofFilament一 woundshellofrevolution轴向内力n。分布示意图3·5盯\经典层合理论最终解答及曰卜日日f曰曰日勺J 2.5”只彼谊辞 1.5 050100150图3.3(c)容器回转壳体轴向内力分布示意图200 Fig.3.3(e)AxialforeeofFilameni一oundshellofrevolution

【参考文献】