碳纤维全缠绕复合气瓶缠绕方式的设计与选择

发布时间：2017-08-20 11:12

  本文关键词：碳纤维全缠绕复合气瓶缠绕方式的设计与选择

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【摘要】：作为复合材料的新兴使用领域,碳纤维复合材料气瓶主要由铝内胆和复合层构成,内胆只起密封作用,而复合层则由碳纤维、树脂等材料固化而成,作为气瓶的承压主体。碳纤维复合材料气瓶的设计各国标准都没有一个确定的方式方法,所以要对内胆设计方法和纤维缠绕的理论计算没有一个明确的理论计算方法。由于设计无明确的方法,故要求有一个方法来验证设计的合理性,即通过一系列破坏性试验来验证设计的合理性。经过验证可以把钢瓶的设计公式借鉴到铝内胆的计算上。纤维缠绕的理论计算则根据实际实验数据,修订复合材料网格理论公式,加入相应的经验系数。并通过CAE仿真软件进行模拟受力计算,从而验证计算公式的正确性。该产品设计的合理性不光是通过理论设计与计算、软件校核来证明,还需通过不同的纤维缠绕方式对产品设计结果的影响来研究缠绕方式对产品性能的影响。不同的缠绕分布方式也会带来不同的结果,在不增加厚度的情况下,经过试验发现最好的方式是环向缠绕和纵向缠绕均匀分布,即内胆/环向/纵向/环向/纵向,此种缠绕方式较好的满足了爆破和有限寿命试验的要求,在缠绕较小的厚度情况下,达到较好的性能,同时也节省了原材料的消耗。这在实际的生产制造过程中是十分必要和重要的。
【关键词】：气瓶 设计 缠绕 方式 计算
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;TH49
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 纤维缠绕复合气瓶概况9-16
• 1.1.1 纤维缠绕概况9-13
• 1.1.2 纤维缠绕复合气瓶标准概况13-15
• 1.1.3 纤维缠绕复合气瓶结构概况15-16
• 1.2 本课题研究的意义、背景和内容及现状16-19
• 1.2.1 研究的意义16-17
• 1.2.2 研究的背景和内容17-19
• 1.2.3 研究的现状19
• 1.3 本文主要研究内容19
• 1.4 本文结构19-21
• 第2章 碳纤维全缠绕复合气瓶的设计21-31
• 2.1 设计参数21
• 2.2 主要原材料的选择21-23
• 2.3 内胆设计23
• 2.4 缠绕厚度的设计23-26
• 2.4.1 筒体缠绕角 α 计算24-25
• 2.4.2 复合材料层厚度计算25-26
• 2.5 有限元验证26-30
• 2.5.1 内胆和纤维的应力分布26-29
• 2.5.2 标准中对应力的要求29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 缠绕方式的选择31-45
• 3.1 设计合格的主要要求31-32
• 3.1.1 爆破试验31
• 3.1.2 有限寿命试验31-32
• 3.2 缠绕方式的选择32-40
• 3.3 设计合格的其它要求40-44
• 3.3.1 复合材料试验40
• 3.3.2 内胆材料的试验40
• 3.3.3 内胆爆破试验40
• 3.3.4 成品瓶水压试验40
• 3.3.5 高温时效40-41
• 3.3.6 跌落试验41
• 3.3.7 裂纹试验41-42
• 3.3.8 极限温度试验42
• 3.3.9 火烧试验42-43
• 3.3.10 高速冲击（枪击）试验43-44
• 3.3.11 扭矩试验44
• 3.3.12 瓶颈强度44
• 3.4 本章小结44-45
• 结论45-47
• 参考文献47-49
• 在校期间发表的论文、科研成果49-51
• 致谢51

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本文编号：706273