大容积钢内胆复合材料气瓶爆破压力分析及渐进损伤模拟
发布时间：2021-05-24 06:02
大容积钢内胆复合材料气瓶相较于传统钢质气瓶具有质量轻、强度高等优点,自2011年进入国内长管拖车领域后发展迅速,具有十分广阔的市场前景。但在制造以及运输、使用的过程中,不可避免地会因为碰撞、摩擦等行为在气瓶缠绕层表面产生缺陷,从而影响气瓶的安全运行。基于该情况,本文采用有限元软件ANSYS Workbench对大容积钢内胆复合材料气瓶的爆破压力和渐进损伤进行了研究。通过有限元软件构建大容积钢内胆复合材料气瓶数值模型,并在缠绕层表面建立三个体积型缺陷。详细阐述了数值模型的构建过程,重点分析了在设计爆破压力（50MPa）下含不同缠绕层表面缺陷的气瓶内胆和缠绕层应力分布及大小。模拟结果表明,内胆和缠绕层在缺陷位置均会产生应力集中现象,超出缺陷范围后应力迅速减小并保持平稳;缺陷对内胆应力影响较小,但缠绕层应力会因此急剧增大。通过最大应变准则和最大应力准则分别预测了无缺陷及含不同缠绕层缺陷下的气瓶爆破压力。模拟结果表明,含缠绕层缺陷的气瓶爆破压力明显减小且相比于缺陷面积,缺陷深度对其影响更大;两种方法预测得出的无缺陷气瓶爆破压力数值均为58.5MPa,与气瓶水压爆破试验得出的数据56.0MPa相...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
1 绪论
1.1 引言
1.2 长管拖车概述
1.2.1 发展现状
1.2.2 未来趋势
1.2.3 设计标准体系
1.3 复合材料气瓶概述
1.3.1 气瓶分类
1.3.2 复合材料气瓶特点
1.3.3 复合材料气瓶成型工艺
1.3.4 复合材料气瓶失效形式
1.4 含缺陷复合材料气瓶国内外研究现状
1.4.1 国外研究现状
1.4.2 国内研究现状
1.5 研究意义及内容
1.5.1 课题来源
1.5.2 研究意义
1.5.3 研究内容
2 复合材料气瓶数值模型建立及强度分析
2.1 ANSYS ACP功能介绍
2.2 生死单元介绍
2.3 复合材料气瓶数值模型建立
2.3.1 几何模型
2.3.2 材料模型
2.3.3 网格划分
2.3.4 载荷与边界条件
2.3.5 铺层设置
2.3.6 缺陷设置
2.4 无缺陷气瓶应力分析
2.5 含缺陷气瓶应力分析
2.5.1 应力分布
2.5.2 应力大小
2.6 本章小结
3 含缠绕层表面缺陷复合材料气瓶爆破压力分析
3.1 复合材料失效准则
3.1.1 失效模式无关准则
3.1.2 失效模式相关准则
3.2 复合材料气瓶爆破压力分析
3.2.1 基于最大应变准则
3.2.2 基于最大应力准则
3.2.3 两者对比
3.2.4 试验验证
3.3 缺陷参数对气瓶爆破压力影响
3.3.1 缺陷深度对气瓶爆破压力影响
3.3.2 缺陷面积对气瓶爆破压力影响
3.3.3 缺陷位置对气瓶爆破压力影响
3.4 本章小结
4 复合材料气瓶渐进损伤分析
4.1 引言
4.2 复合材料气瓶渐进损伤分析
4.2.1 塑性失稳
4.2.2 程序发散法
4.2.3 渐进损伤失效模型
4.2.4 结果与讨论
4.3 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于渐进损伤的纤维全缠绕铝内胆气瓶自紧工艺[J]. 章昕,赵建平. 宇航材料工艺. 2018(04)
[2]长管拖车安全应用技术的分析与探究[J]. 张新建,张君鹏,薄柯,李邦宪. 中国设备工程. 2017(15)
[3]复合材料层合板渐进损伤非线性失效分析[J]. 胥玉震. 新技术新工艺. 2015(10)
[4]关于推动中国天然气能源革命的思考[J]. 姜子昂,冯勐,张宏,李隽. 天然气工业. 2015(03)
[5]复合材料气瓶的特点及其应用[J]. 费川,董鹏. 纤维复合材料. 2014(02)
[6]缠绕层表面缺陷对CNG-2复合气瓶爆破压力的影响[J]. 李斌,马凯,由宏新. 压力容器. 2014(04)
[7]CNG-Ⅱ复合气瓶环缠绕层表面缺陷安全性分析与评价方法[J]. 由宏新,马凯,李斌. 压力容器. 2013(10)
[8]复合材料缠绕层缺陷深度对CNG-2气瓶强度影响的研究[J]. 郭崇志,甘平燕,付小立. 压力容器. 2013(03)
[9]天然气能源利用的环境效果分析[J]. 连艺秀. 油气田地面工程. 2013(03)
[10]纤维缠绕复合材料气瓶研究进展[J]. 徐君臣,银建中. 应用科技. 2012(04)
硕士论文
[1]35MPa车用全缠绕复合材料气瓶设计及充气温升数值模拟[D]. 陈彦辉.太原理工大学 2018
[2]大容积全缠绕复合材料气瓶设计方法研究[D]. 王静娴.太原理工大学 2015
[3]带缺陷的CNG-2气瓶安全评估与分析[D]. 甘平燕.华南理工大学 2013
[4]复合材料加筋板冲击损伤模拟和剩余强度分析[D]. 孙旋.南京航空航天大学 2010
本文编号：3203684
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
1 绪论
1.1 引言
1.2 长管拖车概述
1.2.1 发展现状
1.2.2 未来趋势
1.2.3 设计标准体系
1.3 复合材料气瓶概述
1.3.1 气瓶分类
1.3.2 复合材料气瓶特点
1.3.3 复合材料气瓶成型工艺
1.3.4 复合材料气瓶失效形式
1.4 含缺陷复合材料气瓶国内外研究现状
1.4.1 国外研究现状
1.4.2 国内研究现状
1.5 研究意义及内容
1.5.1 课题来源
1.5.2 研究意义
1.5.3 研究内容
2 复合材料气瓶数值模型建立及强度分析
2.1 ANSYS ACP功能介绍
2.2 生死单元介绍
2.3 复合材料气瓶数值模型建立
2.3.1 几何模型
2.3.2 材料模型
2.3.3 网格划分
2.3.4 载荷与边界条件
2.3.5 铺层设置
2.3.6 缺陷设置
2.4 无缺陷气瓶应力分析
2.5 含缺陷气瓶应力分析
2.5.1 应力分布
2.5.2 应力大小
2.6 本章小结
3 含缠绕层表面缺陷复合材料气瓶爆破压力分析
3.1 复合材料失效准则
3.1.1 失效模式无关准则
3.1.2 失效模式相关准则
3.2 复合材料气瓶爆破压力分析
3.2.1 基于最大应变准则
3.2.2 基于最大应力准则
3.2.3 两者对比
3.2.4 试验验证
3.3 缺陷参数对气瓶爆破压力影响
3.3.1 缺陷深度对气瓶爆破压力影响
3.3.2 缺陷面积对气瓶爆破压力影响
3.3.3 缺陷位置对气瓶爆破压力影响
3.4 本章小结
4 复合材料气瓶渐进损伤分析
4.1 引言
4.2 复合材料气瓶渐进损伤分析
4.2.1 塑性失稳
4.2.2 程序发散法
4.2.3 渐进损伤失效模型
4.2.4 结果与讨论
4.3 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于渐进损伤的纤维全缠绕铝内胆气瓶自紧工艺[J]. 章昕,赵建平. 宇航材料工艺. 2018(04)
[2]长管拖车安全应用技术的分析与探究[J]. 张新建,张君鹏,薄柯,李邦宪. 中国设备工程. 2017(15)
[3]复合材料层合板渐进损伤非线性失效分析[J]. 胥玉震. 新技术新工艺. 2015(10)
[4]关于推动中国天然气能源革命的思考[J]. 姜子昂,冯勐,张宏,李隽. 天然气工业. 2015(03)
[5]复合材料气瓶的特点及其应用[J]. 费川,董鹏. 纤维复合材料. 2014(02)
[6]缠绕层表面缺陷对CNG-2复合气瓶爆破压力的影响[J]. 李斌,马凯,由宏新. 压力容器. 2014(04)
[7]CNG-Ⅱ复合气瓶环缠绕层表面缺陷安全性分析与评价方法[J]. 由宏新,马凯,李斌. 压力容器. 2013(10)
[8]复合材料缠绕层缺陷深度对CNG-2气瓶强度影响的研究[J]. 郭崇志,甘平燕,付小立. 压力容器. 2013(03)
[9]天然气能源利用的环境效果分析[J]. 连艺秀. 油气田地面工程. 2013(03)
[10]纤维缠绕复合材料气瓶研究进展[J]. 徐君臣,银建中. 应用科技. 2012(04)
硕士论文
[1]35MPa车用全缠绕复合材料气瓶设计及充气温升数值模拟[D]. 陈彦辉.太原理工大学 2018
[2]大容积全缠绕复合材料气瓶设计方法研究[D]. 王静娴.太原理工大学 2015
[3]带缺陷的CNG-2气瓶安全评估与分析[D]. 甘平燕.华南理工大学 2013
[4]复合材料加筋板冲击损伤模拟和剩余强度分析[D]. 孙旋.南京航空航天大学 2010
本文编号：3203684
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