复合材料压力容器爆破压强与材料基本力学性能关联研究
发布时间：2022-01-20 05:40
随着氢能源的应用逐渐增加,对氢能储存要求越来越高,急需研究能满足氢能储存苛刻要求的气瓶,复合材料压力容器以其质量轻、强度高和安全可靠等优点得到了很多学者的研究,尤其是复合材料压力容器的受力状态的数值模拟分析。对压力容器爆破压强的有效模拟不仅能够预测压力容器的爆破压强,还能够将复合材料体系的基本力学性能和压力容器的爆破压强关联起来。因此本文使用ABAQUS有限元软件对压力容器爆破压强进行模拟,建立了较为精准的有限元模型,探究压力容器爆破压强与复合材料体系基本力学性能之间的关联关系。首先,本文通过对碳纤维T700/E-51环氧树脂、碳纤维T700/TDE85环氧树脂以及芳纶纤维/E-51环氧树脂三种材料的动态接触角测试,表征三种材料体系的微观浸润性能。通过微滴脱粘试验表征了三种材料体系的界面剪切性能,并且采用万能试验机测试对各材料体系进行拉伸、压缩、弯曲和层间剪切测试,表征了宏观力学性能,最终测得力学性能数据与微观界面性能优异性一致,均为碳纤维T700/TDE85环氧树脂>碳纤维T700/E-51环氧树脂>芳纶纤维/E-51环氧树脂,且为有限元分析提供数据基础。其次,通过有限元...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋转模塑成型法基本流程图
预测的无玻璃纤维箍层（GFRP）容器的破裂压力高 39%，有 GFRP 容器的破裂压力高 23%。图1-2(b)所示为缠绕 GFRP 的容器的 CFRP 截面，碳纤维与相邻纤维之间的距离很窄，排列非常紧密。在没有 GFRP 层的容器截面上(如图 1-2 (a)所示)，相邻纤维之间的距离相对较宽。玻璃钢缠绕容器中也存在树脂含量较高的部位和空洞，但频率较低。此外，在缠绕 GFRP 的容器中，纤维间的距离平均较短。这种截面特性的差异导致无玻璃钢容器中平均纤维面积分数较低。碳纤维在有 GFRP 层的容器中的平均面积分数要高于没有 GFRP 层的容器。由于恒应力模型对碳纤维中应力值的估计要高于实际值，因此预计会产生较低的爆破压力估计。虽然在恒应力模型中考虑了净截面减小引起的应力增加，但忽略了碳纤维断裂引起的相邻纤维的微观应力集中是造成这一现象的原因。微观断口形貌支持恒应力模型，因为在破裂前的损伤过程中，相邻纤维的约束被破坏。断口观察结果表明，在纤维束断口处聚集的数十根纤维与独立的碳纤维相互粘结，形成若干团簇。应力集中是由于团簇中纤维断裂引起的，而团簇中纤维的名义断裂应力较低。由于这些原因，恒应力模型的预测值往往高于实验值。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文动，冲头被抬起(E 到 F)并离开机器。然而，在冲压过程中，毛坯材料经历显著的塑性变形，降低了材料的力学性能。虽然塑性变形引起的应变硬化般会增加硬度和屈服强度，但过大的应变会导致塑性和韧性大幅度降低[61,]，这在低温压力容器等许多应用中更受关注。此外，对于常用的超稳定奥体不锈钢(mASS)，在冲压过程中发生了应变诱发的马氏体相变，在高
【参考文献】：
期刊论文
[1]国产T700S碳纤维增强复合材料压力容器的成型工艺[J]. 孟祥武,郑志才,孙士祥,陈艳,王强,王尚,常燕,安运成,肖亚超. 工程塑料应用. 2018(03)
[2]复合材料球形气瓶非测地线缠绕线型设计和强度分析[J]. 刘萌,祖磊,李书欣,汪洋,胡松. 玻璃钢/复合材料. 2018(02)
[3]T800碳纤维在复合材料压力容器上的应用研究[J]. 陈小平,王喜占. 高科技纤维与应用. 2017(03)
[4]国产碳纤维缠绕铝内衬气瓶的缠绕设计及校核[J]. 张刚翼,齐磊. 纤维复合材料. 2017(01)
[5]纤维缠绕压力容器封头壁厚预测方法分析[J]. 许家忠,张殿鑫,栾胜罡,袁亚男,张希. 玻璃钢/复合材料. 2016(07)
[6]内衬材料性能对碳纤维缠绕压力容器的轴向残余变形的影响[J]. 舒明杰,祖磊,王继辉,李书欣,吴维清,胡海晓. 玻璃钢/复合材料. 2016(01)
[7]封头开有极孔的CFRP压力容器壳体的有限元分析[J]. 赵飞,王金勇,祁建磊,陈阳,路智敏. 内蒙古工业大学学报(自然科学版). 2015(03)
[8]纤维缠绕压力容器表面损伤试验研究[J]. 蒋喜志,吴东辉,石建军,董鹏. 纤维复合材料. 2013(01)
[9]含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计与制备[J]. 矫维成,杨帆,郝立峰,徐忠海,刘文博,王荣国,赫晓东. 科技导报. 2013(07)
[10]碳纤维缠绕铝内衬储氢容器力学分析及优化控制[J]. 郑传祥,李蓉,王亮,魏宗新. 化工机械. 2013(01)
本文编号：3598273
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋转模塑成型法基本流程图
预测的无玻璃纤维箍层（GFRP）容器的破裂压力高 39%，有 GFRP 容器的破裂压力高 23%。图1-2(b)所示为缠绕 GFRP 的容器的 CFRP 截面，碳纤维与相邻纤维之间的距离很窄，排列非常紧密。在没有 GFRP 层的容器截面上(如图 1-2 (a)所示)，相邻纤维之间的距离相对较宽。玻璃钢缠绕容器中也存在树脂含量较高的部位和空洞，但频率较低。此外，在缠绕 GFRP 的容器中，纤维间的距离平均较短。这种截面特性的差异导致无玻璃钢容器中平均纤维面积分数较低。碳纤维在有 GFRP 层的容器中的平均面积分数要高于没有 GFRP 层的容器。由于恒应力模型对碳纤维中应力值的估计要高于实际值，因此预计会产生较低的爆破压力估计。虽然在恒应力模型中考虑了净截面减小引起的应力增加，但忽略了碳纤维断裂引起的相邻纤维的微观应力集中是造成这一现象的原因。微观断口形貌支持恒应力模型，因为在破裂前的损伤过程中，相邻纤维的约束被破坏。断口观察结果表明，在纤维束断口处聚集的数十根纤维与独立的碳纤维相互粘结，形成若干团簇。应力集中是由于团簇中纤维断裂引起的，而团簇中纤维的名义断裂应力较低。由于这些原因，恒应力模型的预测值往往高于实验值。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文动，冲头被抬起(E 到 F)并离开机器。然而，在冲压过程中，毛坯材料经历显著的塑性变形，降低了材料的力学性能。虽然塑性变形引起的应变硬化般会增加硬度和屈服强度，但过大的应变会导致塑性和韧性大幅度降低[61,]，这在低温压力容器等许多应用中更受关注。此外，对于常用的超稳定奥体不锈钢(mASS)，在冲压过程中发生了应变诱发的马氏体相变，在高
【参考文献】：
期刊论文
[1]国产T700S碳纤维增强复合材料压力容器的成型工艺[J]. 孟祥武,郑志才,孙士祥,陈艳,王强,王尚,常燕,安运成,肖亚超. 工程塑料应用. 2018(03)
[2]复合材料球形气瓶非测地线缠绕线型设计和强度分析[J]. 刘萌,祖磊,李书欣,汪洋,胡松. 玻璃钢/复合材料. 2018(02)
[3]T800碳纤维在复合材料压力容器上的应用研究[J]. 陈小平,王喜占. 高科技纤维与应用. 2017(03)
[4]国产碳纤维缠绕铝内衬气瓶的缠绕设计及校核[J]. 张刚翼,齐磊. 纤维复合材料. 2017(01)
[5]纤维缠绕压力容器封头壁厚预测方法分析[J]. 许家忠,张殿鑫,栾胜罡,袁亚男,张希. 玻璃钢/复合材料. 2016(07)
[6]内衬材料性能对碳纤维缠绕压力容器的轴向残余变形的影响[J]. 舒明杰,祖磊,王继辉,李书欣,吴维清,胡海晓. 玻璃钢/复合材料. 2016(01)
[7]封头开有极孔的CFRP压力容器壳体的有限元分析[J]. 赵飞,王金勇,祁建磊,陈阳,路智敏. 内蒙古工业大学学报(自然科学版). 2015(03)
[8]纤维缠绕压力容器表面损伤试验研究[J]. 蒋喜志,吴东辉,石建军,董鹏. 纤维复合材料. 2013(01)
[9]含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计与制备[J]. 矫维成,杨帆,郝立峰,徐忠海,刘文博,王荣国,赫晓东. 科技导报. 2013(07)
[10]碳纤维缠绕铝内衬储氢容器力学分析及优化控制[J]. 郑传祥,李蓉,王亮,魏宗新. 化工机械. 2013(01)
本文编号：3598273
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