CFRP缠绕压力容器可靠性研究
发布时间：2023-05-06 18:05
碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)具有比强度比模量高、耐高温抗腐蚀等优异性能,在航空航天、海洋军工(如各类战略战术导弹发动机壳体)与民用各领域具有重要和广泛的应用。本研究针对目前CFRP缠绕压力容器采用安全系数法设计不能解决随机性问题,对结构功能的重要影响因素没有科学量化,经济性低等弊端,进行了CFRP缠绕压力容器在缠绕工艺过程中和内压作用下的可靠性研究。 制备了碳纤维单向板、碳纤维缠绕NOL环、碳纤维缠绕压力容器,进行了各项力学性能试验与水压爆破试验。对CFRP缠绕压力容器各重要设计变量(单向板弹性常数及其强度、压力容器缠绕工艺参数及几何尺寸)的随机统计特征进行了试验研究,并根据Kolmogorov-Smirnov检验法,获得各设计随机变量的最优概率统计分布。根据结构系统可靠性理论和复合材料结构力学理论,建立了CFRP缠绕压力容器可靠性分析的极限状态方程。在试验基础上,编制了基于MATLAB的Monte Carlo数值模拟软件,实现了CFRP缠绕压力容器可靠性分析与设计。完成压力容器在刚度衰退模式下的失效载荷与失效概率分布,以...
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 本研究课题的学术背景及研究目的与意义
1.2 结构可靠性分析基本理论及研究现状
1.2.1 结构可靠性分析基本理论
1.2.2 结构可靠性分析概率模型
1.2.3 结构可靠性分析基本方法
1.3 复合材料结构可靠性设计理论与方法
1.3.1 复合材料结构分析基本理论
1.3.2 复合材料结构失效模式
1.3.3 单向复合材料损伤破坏过程的细观力学可靠性分析
1.3.4 复合材料层合板的可靠性分析
1.4 复合材料结构可靠性研究现状与进展
1.5 本课题的来源及主要研究内容
第2章 CFRP 缠绕压力容器基本设计变量随机分布的试验研究
2.1 引言
2.2 试验准备
2.2.1 试件的组分材料
2.2.2 试件制备
2.3 试验方案
2.3.1 单向板性能试验
2.3.2 NOL 环性能试验
2.3.3 水压爆破试验
2.4 单向板试验结果与分析
2.4.1 0°方向拉伸与压缩性能
2.4.2 90°方向拉伸与压缩性能
2.4.3 面内剪切性能
2.5 NOL 环拉伸性能试验结果
2.6 压力容器爆破压力与环向应变的随机分布
2.7 本章小结
第3章 CFRP 缠绕工艺过程的优化
3.1 引言
3.2 固化制度优化
3.2.1 人工神经网络建模
3.2.2 遗传算法寻优
3.3 缠绕张力制度优化
3.3.1 人工神经网络建模
3.3.2 遗传算法寻优
3.4 本章小结
第4章 纤维缠绕复合材料强度设计准则
4.1 引言
4.2 复合材料二向强度准则
4.2.1 最大应力准则
4.2.2 最大应变准则
4.2.3 Tsai-Hill 准则
4.2.4 Tsai-Wu 准则
4.3 不同纤维增强复合材料的强度准则对比分析
4.3.1 不同纤维增强复合材料单向板的强度准则对比
4.3.2 不同纤维增强复合材料层合板的强度准则对比
4.3.3 强度准则适用性的结论
4.4 本章小结
第5章 CFRP 缠绕压力容器的可靠性分析与数值模拟
5.1 引言
5.2 基于Monte Carlo 的CFRP 缠绕压力容器可靠性分析
5.2.1 设计随机变量的确定
5.2.2 设计随机变量的最优概率统计分布
5.2.3 CFRP 缠绕压力容器的单层应力分析
5.2.4 建立极限状态方程
5.2.5 刚度衰退模型
5.2.6 逐层失效应力分析与强度计算
5.3 用MATLAB 实现CFRP 缠绕压力容器可靠性分析及其Monte Carlo数值模拟
5.3.1 MATLAB 与Monte Carlo 方法相结合的显著优势
5.3.2 MATLAB 随机数选取
5.3.3 基于MATLAB 的Monte Carlo 数值模拟
5.3.4 CFRP 缠绕压力容器失效演变过程与可靠性分析
5.4 分析结果与讨论
5.4.1 CFRP 缠绕压力容器爆破压力的概率统计分布
5.4.2 模拟结果与试验结果的对比分析
5.4.3 可靠性分析结果与确定性分析结果的对比分析
5.5 爆破压力及失效概率统计分布的影响因素分析
5.5.1 主要影响因素的独立分析
5.5.2 各影响因素的横向对比分析
5.6 CFRP 缠绕压力容器可靠性安全系数的确定
5.6.1 传统安全系数的确定
5.6.2 可靠性安全系数的确定
5.7 基于网格理论的CFRP 缠绕压力容器可靠性设计
5.7.1 网格理论
5.7.2 基于网格理论的可靠性设计
5.8 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
致谢
个人简历
本文编号：3809370
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 本研究课题的学术背景及研究目的与意义
1.2 结构可靠性分析基本理论及研究现状
1.2.1 结构可靠性分析基本理论
1.2.2 结构可靠性分析概率模型
1.2.3 结构可靠性分析基本方法
1.3 复合材料结构可靠性设计理论与方法
1.3.1 复合材料结构分析基本理论
1.3.2 复合材料结构失效模式
1.3.3 单向复合材料损伤破坏过程的细观力学可靠性分析
1.3.4 复合材料层合板的可靠性分析
1.4 复合材料结构可靠性研究现状与进展
1.5 本课题的来源及主要研究内容
第2章 CFRP 缠绕压力容器基本设计变量随机分布的试验研究
2.1 引言
2.2 试验准备
2.2.1 试件的组分材料
2.2.2 试件制备
2.3 试验方案
2.3.1 单向板性能试验
2.3.2 NOL 环性能试验
2.3.3 水压爆破试验
2.4 单向板试验结果与分析
2.4.1 0°方向拉伸与压缩性能
2.4.2 90°方向拉伸与压缩性能
2.4.3 面内剪切性能
2.5 NOL 环拉伸性能试验结果
2.6 压力容器爆破压力与环向应变的随机分布
2.7 本章小结
第3章 CFRP 缠绕工艺过程的优化
3.1 引言
3.2 固化制度优化
3.2.1 人工神经网络建模
3.2.2 遗传算法寻优
3.3 缠绕张力制度优化
3.3.1 人工神经网络建模
3.3.2 遗传算法寻优
3.4 本章小结
第4章 纤维缠绕复合材料强度设计准则
4.1 引言
4.2 复合材料二向强度准则
4.2.1 最大应力准则
4.2.2 最大应变准则
4.2.3 Tsai-Hill 准则
4.2.4 Tsai-Wu 准则
4.3 不同纤维增强复合材料的强度准则对比分析
4.3.1 不同纤维增强复合材料单向板的强度准则对比
4.3.2 不同纤维增强复合材料层合板的强度准则对比
4.3.3 强度准则适用性的结论
4.4 本章小结
第5章 CFRP 缠绕压力容器的可靠性分析与数值模拟
5.1 引言
5.2 基于Monte Carlo 的CFRP 缠绕压力容器可靠性分析
5.2.1 设计随机变量的确定
5.2.2 设计随机变量的最优概率统计分布
5.2.3 CFRP 缠绕压力容器的单层应力分析
5.2.4 建立极限状态方程
5.2.5 刚度衰退模型
5.2.6 逐层失效应力分析与强度计算
5.3 用MATLAB 实现CFRP 缠绕压力容器可靠性分析及其Monte Carlo数值模拟
5.3.1 MATLAB 与Monte Carlo 方法相结合的显著优势
5.3.2 MATLAB 随机数选取
5.3.3 基于MATLAB 的Monte Carlo 数值模拟
5.3.4 CFRP 缠绕压力容器失效演变过程与可靠性分析
5.4 分析结果与讨论
5.4.1 CFRP 缠绕压力容器爆破压力的概率统计分布
5.4.2 模拟结果与试验结果的对比分析
5.4.3 可靠性分析结果与确定性分析结果的对比分析
5.5 爆破压力及失效概率统计分布的影响因素分析
5.5.1 主要影响因素的独立分析
5.5.2 各影响因素的横向对比分析
5.6 CFRP 缠绕压力容器可靠性安全系数的确定
5.6.1 传统安全系数的确定
5.6.2 可靠性安全系数的确定
5.7 基于网格理论的CFRP 缠绕压力容器可靠性设计
5.7.1 网格理论
5.7.2 基于网格理论的可靠性设计
5.8 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
致谢
个人简历
本文编号：3809370
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3809370.html
