全缠绕复合气瓶有限元参数化研究

发布时间：2020-04-25 00:42

【摘要】： 全缠绕复合气瓶具有质量轻、结构效率高、气密性好、可靠性高、负载工作寿命长、安全性好的特点，其应用范围越来越广，因此对复合气瓶进行结构分析与设计方法的研究具有十分重要的理论意义与工程应用价值。本文借助ANSYS有限元分析软件，采用有限元分析方法，对纤维全缠绕铝内衬复合气瓶进行了结构分析，探讨了复合气瓶有限元模型的建立，对复合气瓶有限元分析模型的单元选择、网格密度、边界条件、实常数的确定等进行了研究；采用ANSYS参数化编程语言(APDL)编制了复合气瓶有限元建模、加载和求解以及结果后处理参数化有限元分析程序。通过对典型的6.8 L复合呼吸气瓶的ANSYS有限元结构分析，获得了复合气瓶在预紧压力、使用压力及爆破压力等条件下的应力分布和位移，并根据有关标准对其结构合理性进行了讨论；论文还分析了预紧压力对复合气瓶承载能力的作用和影响，结果发现预紧压力可以改善工作压力下内衬和纤维的应力分配，可以充分发挥复合材料强度高的性能特点，同时降低内衬工作压力下的应力水平，从而可以大幅提高气瓶的承载能力和疲劳寿命。本文对系列全缠绕复合气瓶有限元建模的参数化特征进行了分析；利用VC++编写了复合气瓶专用设计分析程序，该程序基于ANSYS有限元分析软件；采用VC对ANSYS有限元分析软件封装的技术，可在非ANSYS软件界面中，通过输入参数，直接生成系列全缠绕复合气瓶有限元分析程序，实现了全缠绕复合气瓶建模、有限元分析计算和有选择地提取分析所需计算结果等功能。本文发展的全缠绕复合气瓶有限元参数化分析软件与方法可以快速、准确地对系列全缠绕复合气瓶进行有限元数值分析，可对其各结构参数进行优化设计；同时，本软件还可使一般工程人员能够采用ANSYS有限元软件进行复合气瓶的结构设计却无需学习庞大而繁杂的ANSYS有限元软件，因此，本文的研究工作具有一定的工程应用价值。
【图文】：

气瓶,结构形式,金属内衬

型气瓶;第二类是金属内衬环向缠绕复合材料增强型复合气瓶;第三类是金属内衬全缠绕复合材料增强型复合气瓶，第四类是塑料内衬全缠绕复合材料增强型复合气瓶，具体结构形式如图1一1所示。由于复合气瓶不仅兼顾了金属内衬的良好加工性、气密性、耐蚀性和高强度、高韧性等特点，又综合了复合材料重量轻、安全性好以及良好的可设计性等优点，使其具有高承压能力、高疲劳寿命、质轻、耐腐等优良性能，在相同容积和压力条件下，，复合气瓶比钢质气瓶的重量可减轻1/3一2/3;同时复合材料在受到撞击或高速冲击发生破坏时，不会产生具有危险性的碎片，从而降低或避免了对人员的伤害〔2]，复合气瓶比金属气瓶具有更好的使用安全性。TypeZ了梦牌3科。。p.犷.户洲d协的m抽幼姗解。乃攀体，、，鱿岁卜下以份切扮娜p目摘姗抽别犯拍你脚橄李协O月5翻护‘图1一1气瓶的四类结构形式碳纤维全缠绕复合气瓶实体结构如图1一2所示

气瓶,碳纤维

型气瓶;第二类是金属内衬环向缠绕复合材料增强型复合气瓶;第三类是金属内衬全缠绕复合材料增强型复合气瓶，第四类是塑料内衬全缠绕复合材料增强型复合气瓶，具体结构形式如图1一1所示。由于复合气瓶不仅兼顾了金属内衬的良好加工性、气密性、耐蚀性和高强度、高韧性等特点，又综合了复合材料重量轻、安全性好以及良好的可设计性等优点，使其具有高承压能力、高疲劳寿命、质轻、耐腐等优良性能，在相同容积和压力条件下，复合气瓶比钢质气瓶的重量可减轻1/3一2/3;同时复合材料在受到撞击或高速冲击发生破坏时，不会产生具有危险性的碎片，从而降低或避免了对人员的伤害〔2]，复合气瓶比金属气瓶具有更好的使用安全性。TypeZ了梦牌3科。。p.犷.户洲d协的m抽幼姗解。乃攀体，、，鱿岁卜下以份切扮娜p目摘姗抽别犯拍你脚橄李协O月5翻护‘图1一1气瓶的四类结构形式碳纤维全缠绕复合气瓶实体结构如图1一2所示
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH49

【引证文献】