封頭開有極孔殼體的有限元分析.pdf

1、在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，復(fù)合材料越來越多的被應(yīng)用于許多領(lǐng)域。其中，憑借強度高、質(zhì)量輕及可靠安全等特性碳纖維復(fù)合材料已被大面積應(yīng)用在航天、工業(yè)及軍事領(lǐng)域中。碳纖維復(fù)合材料壓力容器因以纏繞成型為主導(dǎo)致工藝方法存在差異性，主要有螺旋、環(huán)向和平面三種纏繞線型。目前，關(guān)于碳纖維復(fù)合材料壓力容器殼體的失效判據(jù)和設(shè)計準則較多，但應(yīng)用較廣和應(yīng)用較為成熟的是網(wǎng)格理論。
　　本文通過對碳纖維復(fù)合材料質(zhì)壓力容器與金屬材料質(zhì)壓力容器進行對比研究，以此說

2、明碳纖維復(fù)合材料壓力容器的優(yōu)越性。首先應(yīng)用ANSYS軟件對某一結(jié)構(gòu)的金屬壓力容器殼體進行有限元分析，當(dāng)載荷施加至17MPa時，在封頭和接頭的連接處發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，Misses應(yīng)力的最大值為1520MPa。針對這同一模型，將材料改為碳纖維復(fù)合材料，依據(jù)極孔與殼體的徑比關(guān)系，計算出了碳纖維的纏繞角；再依據(jù)網(wǎng)格理論計算出碳纖維纏繞的層數(shù)和厚度。其次再用ANSYS軟件對這一碳纖維復(fù)合材料的模型進行有限元分析，由于在模型的建立過程中考慮了極孔的

3、金屬材料與殼體的復(fù)合材料的過渡處理及在該處的補強處理，模擬結(jié)果顯示，在壓力容器殼體的筒段處產(chǎn)生了最大應(yīng)力，最大值為1550MPa。結(jié)構(gòu)和載荷一樣，最大應(yīng)力相近，但殼體的厚度卻由2.90mm到2.29mm，極大程度上減輕了殼體的質(zhì)量，也提高壓力容器殼體的承壓能力，保證了殼體的安全性能。在碳纖維復(fù)合材料的模型的基礎(chǔ)上，將內(nèi)表面的載荷由17MPa增加到30MPa，可以得知最大應(yīng)力產(chǎn)生的位置仍在殼體的筒段處，但是最大應(yīng)力值增大為2631MPa。