某型号复合材料气瓶组件设计优化及故障研究

发布时间：2022-03-10 14:03

　　复合材料高压气瓶是导弹和发射装置等装备的配套产品,是弹用气路系统的主要组成部分,其设计要求具有极高的可靠性和安全性。漏气是高压气瓶常发的严重故障之一,将直接导致飞行器行程缩短,甚至发生爆炸。因此,对复合材料气瓶组合故障特别是漏气故障进行分析改进具有重要的实际意义。本文针对某型号研制阶段复合材料气瓶组合振动试验过程中发生的漏气故障问题,对气瓶组合进行了分析和改进,并进行了实验验证。主要研究内容与结论如下:（1）对复合材料瓶体和电爆活门进行了结构的优化设计,并计算校核了其主要技术指标;从零件工艺性、装配工艺性和试验工艺性三个方面对产品进行了分析和讨论。（2）针对某型号复合材料高压气瓶组件电爆活门出气管嘴根部出现的断裂故障问题,通过排查和仿真分析,确定了主要的故障因素。（3）利用Ansys软件,建立了复合材料气瓶组合的有限元模型,并计算分析了其在不同工况下,静载条件下的位移和Mises应力分布,结果表明,在不同工况参数下,整体结构强度都符合要求。（4）利用上文建立的复合材料气瓶组合有限元模型,对其进行了预应力下的模态分析和随机振动分析。结果表明,接嘴在高频段（1600～1900Hz）处振型较... 

【文章来源】：东北大学辽宁省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 弹用高压气瓶国内外发展现状
    1.3 有限元仿真国内外发展状况
第2章 复合材料气瓶设计
    2.1 概述
    2.2 气瓶工作原理
    2.3 复合材料气瓶方案设计
        2.3.1 气瓶结构设计
        2.3.2 复合材料瓶体的设计
        2.3.3 电爆活门的设计
    2.4 复合材料气瓶组合性能分析
        2.4.1 复合材料缠绕层层数、厚度计算及选取
        2.4.2 钢制内胆材料、外径和壁厚选取
        2.4.3 充气质量校核
        2.4.4 复合材料气瓶组合质量计算
        2.4.5 气瓶瓶体爆破压力强度校核
    2.5 复合材料气瓶组合工艺性分析
        2.5.1 气瓶组合零件工艺性
        2.5.2 气瓶组合装配工艺性
        2.5.3 气瓶组合试验工艺性
第3章 气瓶故障分析
    3.1 气瓶结构
    3.2 复合材料气瓶组合故障概述
    3.3 气瓶组合故障分析
        3.3.1 材料缺陷、焊接缺陷
        3.3.2 零件尺寸超差
        3.3.3 防松措施不到位
        3.3.4 拧紧力矩不合理
        3.3.5 管路校形不到位
        3.3.6 试验台故障
        3.3.7 试验方法不合理底事件
        3.3.8 工装设计不合理
        3.3.9 工装连接不合理
第4章 静力学仿真分析
    4.1 复合材料气瓶组合有限元模型
    4.2 复合材料气瓶组合静载荷分析
    4.3 不同工况下,气瓶的静载结果
第5章 振动仿真
    5.1 预应力条件下复合材料气瓶模态分析
    5.2 径向随机振动分析
    5.3 节点位移应力分析
        5.3.1 节点x方向位移
        5.3.2 节点y方向位移
        5.3.3 节点z方向位移
        5.3.4 节点Mises应力
        5.3.5 节点位移、Mises应力表
第6章 故障定位及试验验证
第7章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料分层断裂判据及扩展准则研究[J]. 范学领,孙秦.  计算力学学报. 2011(03)
[2]柱形爆炸容器的振动特性研究[J]. 王定贤,胡永乐,曹钧,李文杰.  压力容器. 2007(11)
[3]碳纤维缠绕复合气瓶的有限元数值分析[J]. 邬丹丹,陈国清,周文龙.  航天制造技术. 2007(04)
[4]全缠绕复合气瓶ANSYS参数化结构分析[J]. 李鹏,盛周红,吴耀楚.  玻璃钢. 2007(01)
[5]全缠绕复合气瓶ANSYS参数化结构分析[J]. 李鹏,盛周红,吴耀楚.  玻璃钢. 2007 (01)
[6]固体发动机复合材料壳体变形分析[J]. 陈汝训.  固体火箭技术. 2006(04)
[7]纤维缠绕复合材料气瓶的发展及其标准情况[J]. 周海成,阮海东.  压力容器. 2004(09)
[8]40MPa高压气瓶检测方法的探讨[J]. 吴梵,谭学良.  中国修船. 2003(05)
[9]高性能碳纤维复合材料耐压容器研究进展[J]. 王晓洁,张炜,刘炳禹,韩建平.  宇航材料工艺. 2003(04)
[10]复合材料高压氮气气瓶的结构设计与试验分析[J]. 王明寅,刘文博,王士巍,侯涤洋.  纤维复合材料. 2003(02)

硕士论文
[1]全缠绕复合气瓶有限元分析和优化设计[D]. 郑强.武汉理工大学 2008
[2]复合材料CNG气瓶的力学性能研究[D]. 邢志敏.北方工业大学 2005
[3]40MPa钛合金高压气瓶的设计及仿真[D]. 李杰.华中科技大学 2005



本文编号：3645776