基于超椭圆函数的纤维缠绕复合材料压力容器失效分析及优化设计

发布时间：2024-03-17 06:45

　　为降低温室气体排放和燃料成本,新能源技术得以迅速发展。然而可燃性气体在存储过程中经常会遇到泄露等问题,因此气体的安全存储变的十分重要。金属内衬复合材料压力容器因为质量轻,安全性好等优点广泛应用于航空航天、能源化工等领域,在气体储存和运输方面发挥着巨大的作用。因此,为减少成本,追求容器性能的最大化,有必要对复合材料压力容器进行分析与优化。纤维缠绕技术的迅速发展,使得复合材料容器封头设计的工艺更为精细,为准确评价容器的力学性能,需要对容器进行更为准确的建模分析。因此,本文基于纤维缠绕轨迹给出了封头厚度与角度变化预测模型。借助于ANSYS软件对纤维缠绕复合材料压力容器进行强度分析与失效分析,对封头的应力与应变水平进行了评估。此外,基于刚度退化模型对封头的损伤过程进行了研究,结果表明封头先发生基体失效和剪切失效、基体损伤与剪切损伤密切相关。根据前述结构有限元分析结果,将容器的性能指标(PV/M)作为目标,分别基于Tsai-Wu准则的首层失效模型和Hashin准则的刚度退化失效模型,以滑移系数和极孔半径为控制参数,超椭圆封头的短轴长度与指数作为设计变量,利用粒子群优化方法(PSO),对容器封头的...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1复合材料气瓶广泛应用目前，复合材料压力容器制造业正在迅速发展，日渐成为国民朝阳产业

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图1-2新能源汽车中的储氢气瓶面对复合材料容器的各方面需求，纤维缠绕技术已经在制造高性能复合容器结构

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图1-3各种型号压力容器，其内衬与外层均由不同物质构成

此有必要对压力容器的构成进行详细了解[3]。复合材料压力容器可以看作成，内部的芯模内衬层和外部纤维缠绕层，芯模内衬层作为压力容器的胚来保证容器的气密性，防止出现气体渗透，导致泄压。而纤维缠绕层则主容器的强度，使它在高压环境下不会发生破坏。Kabir[4]对带有塑性行为的内衬压力容....

图1-4复合材料压力容器中的几种缠绕方式

1环向缠绕；2纵向直线缠绕；3螺旋缠绕图1-4复合材料压力容器中的几种缠绕方式根据国际标准《复合结构气瓶规范和试验方法》以缠绕方式将金属内衬复合容器分为两类。一类环向缠绕型复合气瓶是在金属内衬的气瓶筒身段环向缠数的纤维增强材料增强容器承载能力，此种方式虽然简单易行但是忽....

本文编号：3930664