文档介绍：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。本文借助邢拊7治鋈砑捎糜邢拊7治龇椒ǎ韵宋ú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;采用问喑逃镅嘀屏烁春掀坑邢拊=!⒓载和求解以及结果后处理参数化有限元分析程序。通过对典型的春虾粑气瓶的邢拊=峁狗治觯竦昧烁春掀吭谠そ粞沽Α⑹褂醚沽氨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;利用编写了复合气瓶专用设计分析程序,该程序基于邢拊7治鋈砑采用对邢拊7治鋈砑庾暗募际酰稍诜茿软件界面中,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邢拊H砑懈春掀康结构设计却无需学习庞大而繁杂的邢拊H砑虼耍疚牡难芯抗作具有一定的工程应用价值。关键词:全缠绕复合气瓶,参数化,铝内衬,有限元结构分析,预紧压力
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,然而钢制气瓶质量大,在航空、航天、运输等对产品重量要求特别严格的应用领域,其使用受到了很大限制,从上世纪七十年代起,为了最大限度地减轻气瓶重量,科技人员发展了由内衬与外缠绕复合材料增强层的复合气瓶技术根据国际标准看咏峁剐问缴峡煞治K睦啵谝焕嗍侨ń鹗型气瓶;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,具体结构形式如图尽S捎诟春掀坎唤黾婀肆私鹗裟诔的良好加工性、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~耍煌备春喜牧显谑艿阶不骰蚋咚俪寤鞣⑸苹凳保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嘲,复合气瓶比金属气瓶具有更好的使用安全性。图康乃睦嘟峁剐问碳纤维全缠绕复合气瓶实体结构如图所示,一般来说,复合气瓶结构由内衬层、纤维缠绕增强层和外保护层组成。诔牟复合气瓶内衬层内壁直接与介质接触,它的主要作用是气密、防腐、耐温武汉理工大学硕士学位论文
。因此要求内衬材料具有优良的气密性、耐腐蚀性、耐温和高强度、高韧性等特点。纤维缠绕增强复合材料层的主要作用是保证气瓶在受力的情况下,具有足够的强度、刚度和稳定性。其中纤维是主要的承载体,树脂对纤维起粘结作用,、高弹性的增强纤维和性能良好的树脂是提高结构承载能力的重要措篪,通常采用高强玻璃纤维/环氧树脂或碳纤维/环氧树脂高性能复合材料。獗;げ为了提高复合气瓶抗外载荷冲击特性,通常在外表面缠绕数层抗冲击性能较好的高强玻璃纤维复合材料,同时进行外涂层表面处理。图枷宋ú聘春掀近年来,随着复合材料成型工艺的不断改迸,迸一步推动了复合气瓶的研究和制造技术的快速发展。目前,复合气瓶主要应用有以下几个方面。:魑L烊黄剂掀档难顾跆烊黄气瓶;τ糜诤粑飨低常ū掣菏胶托⌒秃粑饕约疤由玫暮粑婢撸τ糜诤娇栈蚝胶#饕0ㄌ由莩淦爸煤秃娇瘴踝爸谩复合气瓶主要由内衬和纤维缠绕复合材料增强层组成。内衬材料的选取与热处理工艺以及复合材料的材料设计直接影响了气瓶的性能,所以在设计复合气瓶前,应根据需要谨慎选择复合气瓶的材料叫。武汉理工大学硕士学位论文
/￡复合气瓶在高压作用下除了有足够的强度外,还应有良好的气密性。但纤维增强树脂基复合材料气密性较差,气瓶必须拥有能够密封的内衬。复合气瓶的内衬材料可以分为两类:金属材料和塑料材料。金属内衬的主要优点有:曜嫉母春掀渴褂媒鹗裟诔模浣峁刮薹煜叮芊乐蛊宓纳ü云吭そ舸恚苡行岣咂康某性啬芰脱菲@褪倜薪鹗裟诔牡母春掀浚淠诔拇τ诤芨叩难褂αο拢蚨沟醚沽循环时可能出现的破裂趋于闭合,内衬趋向自封闭