缠绕复合气瓶的失效分析

发布时间：2017-09-21 22:23

  本文关键词：缠绕复合气瓶的失效分析

  更多相关文章： 复合材料 缠绕复合气瓶 有限元 失效分析

【摘要】：复合材料是由两种或多种不同材料构成的,金属内衬以及高强度的纤维是其主要构成材料,这种材料具有质量轻、安全性高以及高强度的特点,现已在市场上得到广泛应用。近年来,复合材料的相关工艺取得了长足的进步,复合材料气瓶的相关技术也因此获得了巨大的发展。现阶段,天然气燃料汽车的压缩天然气(CNG)气瓶是复合材料气瓶最为常见的应用。CNG气瓶在使用中可能会发生一些无法预料的事故或者故障,这就导致人们越来越关注气瓶的失效分析领域。本文的研究对象为CNG的缠绕符合其平,主要对以下三个方面内容进行了探讨:一是气瓶的应力分析;二是疲劳分析;三是缺陷分析。本文首先应用ANSYS软件对缠绕复合气瓶进行了有限元建模。对该缠绕复合气瓶在自紧、工作、水压试验、最小爆破以及零压力这五种工况下的限元分析结果做了更进一步的分析,表明该气瓶同相关的标准完全符合。其次,将气瓶中心设定为坐标,创建了一个1/4模型的气瓶模型,对在充气以及卸气状态下气瓶的循环载荷情况进行了模拟,同时还做出了疲劳分析,计算出了气瓶的疲劳寿命次数,从而为定期检验缠绕气瓶以及有效预测疲劳寿命给出了一定的参考。然后,采取路径分量叠加,也就是叠加不同状态下无缺陷以及有缺陷两种模型的路径参数的形式,分析了缠绕层有缺陷的气瓶应力分布状态,以及缠绕层表面缺陷对气瓶的影响。最后,对缠绕复合气瓶表现出来的其他的失效状态进行补充,主要有以下几种模式:一是纤维增强层失效;二是纯腐蚀失效;三是螺纹连接失效;四是鼓包失效。此外还提出了一些应对这些问题的方法。
【关键词】：复合材料 缠绕复合气瓶 有限元 失效分析
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH49
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 国内外研究状况12-14
• 1.3 文章主要研究内容14-15
• 第2章 概述缠绕复合材料气瓶15-25
• 2.1 立足结构分析缠绕复合材料气瓶15-16
• 2.2 复合气瓶的材料选用16-20
• 2.2.1 选择复合气瓶内衬材料16-17
• 2.2.2 缠绕层选用复合材料17-20
• 2.3 缠绕复合气瓶的强度失效准则20-23
• 2.3.1 合金内胆的强度失效准则20-21
• 2.3.2 纤维层的强度失效准则21-23
• 2.4 缠绕气瓶的缠绕成型规律23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 缠绕复合气瓶的有限元分析25-37
• 3.1 有限元软件ansys的介绍25
• 3.2 缠绕气瓶的有限元模型的建立25-30
• 3.2.1 缠绕气瓶的结构26
• 3.2.2 单元的选择26-28
• 3.2.3 材料特性的定义28
• 3.2.4 网格划分28-30
• 3.2.5 边界条件及加载30
• 3.2.6 加载过程30
• 3.3 缠绕复合气瓶的有限元计算结果与分析30-34
• 3.3.1 各工况下内衬和纤维层的应力分布31-33
• 3.3.2 计算结果分析33-34
• 3.4 本章小结34-37
• 第4章 缠绕复合气瓶的疲劳分析37-49
• 4.1 气瓶疲劳分析的意义37
• 4.2 疲劳失效概论37-40
• 4.2.1 疲劳概念的介绍37-38
• 4.2.2 影响疲劳强度的因素38-40
• 4.2.3 疲劳破坏产生的机理40
• 4.2.4 疲劳失效的危害40
• 4.3 ANSYS的疲劳分析介绍40-42
• 4.4 气瓶疲劳分析的过程42-48
• 4.4.1 气瓶的基本参数的定义42-43
• 4.4.2 气瓶模型的建立及其网格划分43-44
• 4.4.3 气瓶模型的求解44-46
• 4.4.4 气瓶模型的疲劳参数设定46-47
• 4.4.5 气瓶的疲劳计算结果47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 含缺陷的缠绕层对气瓶的影响49-63
• 5.1 建立缺陷模型49-51
• 5.2 气瓶受缠绕层表面不同缺陷深度的影响51-55
• 5.2.1 各应力受不同缺陷深度的影响51-54
• 5.2.2 界面压力受不同缺陷深度的影响54-55
• 5.3 缠绕层表面不同缺陷长度对气瓶的影响55-58
• 5.3.1 气瓶各应力受不同缺陷长度的影响55-57
• 5.3.2 气瓶界面压力受不同缺陷长度的影响57-58
• 5.4 气瓶内胆应变受缠绕层缺陷的影响58-62
• 5.4.1 内胆应变受缺陷深度的影响58-60
• 5.4.2 气瓶内胆应变受不同缺陷长度的影响60-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第6章 缠绕复合气瓶的其他失效模式研究从63-71
• 6.1 纤维增强层的失效63-65
• 6.2 气瓶的纯腐蚀失效65-66
• 6.3 瓶端螺纹磨损失效66-67
• 6.4 气瓶的鼓包失效67-68
• 6.5 应力腐蚀失效68
• 6.6 气瓶失效的防治68-69
• 6.7 本章小结69-71
• 第7章 结论与展望71-73
• 7.1 结论71
• 7.2 展望71-73
• 参考文献73-79
• 攻读硕士期间发表的学术论文79-81
• 致谢81

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