纤维缠绕铝内衬复合气瓶的有限元分析

发布时间：2019-09-03 14:02

【摘要】：具有金属内衬的全缠绕复合气瓶具有高承压、高疲劳寿命、质轻、耐腐蚀、安全性好等优良性能,已广泛应用于航空航天、建筑、交通等领域。因此对复合气瓶进行力学分析和优化设计具有非常重要的理论意义和工程应用价值。本文基于MSC.Marc有限元平台,以计算机数值模拟为主,与理论分析相结合,较全面的分析了纤维缠绕复合气瓶内衬及复合层的力学性能,并对工艺参数进行优化。主要研究结果如下：以实际工艺过程为基础,建模过程中考虑了封头处缠绕层厚度和沿子午线缠绕角的不断变化,对封头每个单元分别定义了单元厚度及材料主方向,选择八节点六面体单元,对几何突变的地方进行网格细化,从而建立了符合实际的复合气瓶有限元模型。通过对116L复合气瓶的有限元分析,获得了铝内衬在预紧压力、工作压力及爆破压力等条件下的应力应变分布规律,计算了内衬爆破压力与理论计算结果对比误差为2.5%；研究了不同位置、尺寸内衬缺陷对内衬爆破压力、位移、应力及应变分布的影响。结果显示,夹杂周围产生应力集中,夹杂处位移、应力、应变分布不均,夹杂的存在不仅会影响内衬的爆破压力,而且影响到气瓶的使用寿命。分析了两种铺层下复合层的应力分布规律和极限承载能力。铺层二铺层设计较合理,极限承载能力大；研究了长径比和内衬壁厚对气瓶性能的影响,对气瓶进行优化设计。这些结果可为工艺参数的确定和优化设计提供理论依据。
【图文】：

气瓶,结构示意图,纤维缠绕

承压、高疲劳寿命、质轻、耐腐蚀等优良吐能的完美结合[3，4]，已广泛应用于航空航天、建筑、交通等领域[5]。全缠绕复合气瓶结构如图1.1所示。复合气瓶结构由内衬层、纤维缠绕增强层和外保护层组成。内衬主要起到气密、耐温和防腐的作用;纤维缠绕增强层是内压的主要承载体;外保护层是为了提高复合气瓶抗外载荷冲击特性。目前，复合气瓶主要应用于汽车的压缩天然气(CNG)气瓶、呼吸器系统(包括背负式和小型呼吸器以及逃生用的呼吸面具)以及航空或航海(包括逃生滑梯充气装置和航空吸氧装置)[l]。l)内衬;2)纤维缠绕层;3)玻璃纤维缠绕层图1.1全缠绕复合气瓶结构示意图 Fig.1.1SchematicdiagramoffullywraPPedeomPositeeylinder

工艺流程图,气瓶,工艺流程图,成型工艺

3纤维缠绕复合气瓶成型工艺复合气瓶的成型工艺包括内衬成型工艺和纤维缠绕成型工艺[7]。复合气瓶的制造工艺流程图如图1.2所示。铝铝内衬制造造造造造造造造造造造造造造造造造造拉拉拉拉伸、旋压、热处理、机加工等等纤纤维缠绕绕固固化化批批批批批批批批量检验验验验验验验验验验验验验验水水压试验验验验验验验验验包装、入库库图1.2复合气瓶的制造工艺流程图 Fig.1.2ManufacturingflowchartofeomPositeeylinders
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH49

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