金屬內(nèi)襯纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器強度分析.pdf

1、纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器通常由金屬內(nèi)襯和外層纏繞的高強度纖維增強復(fù)合材料組成。該復(fù)合壓力容器以其質(zhì)量輕、強度高和安全可靠等優(yōu)點已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事及工業(yè)領(lǐng)域。在應(yīng)用范圍增廣的同時，應(yīng)當著重研究其基礎(chǔ)方面，尤其是帶金屬內(nèi)襯復(fù)合壓力容器的受力狀態(tài)的數(shù)值模擬分析。過去廣泛深入地研究各向同性材料的壓力容器，而復(fù)合材料壓力容器有著與他們本質(zhì)的不同--各向異性。并且具有金屬內(nèi)襯碳纖維纏繞的壓力容器結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相當復(fù)雜，特別是在封頭部分的

2、纏繞。纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器封頭部分沿其子午線方向其厚度在不斷變化，且任意點的纏繞角度也各不相同。
　　 本文參閱大量文獻，研究了具有金屬內(nèi)襯碳纖維纏繞復(fù)合容器的結(jié)構(gòu)和制造工藝，并且研究了關(guān)于它的經(jīng)典的力學分析。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)纏繞工藝的實際情況，深入分析復(fù)合容器的纖維纏繞特別是封頭部分的纏繞，提出了在該類復(fù)合容器的每個法向橫截面纖維束的通過數(shù)相等，利用EXCEL、AUTOCAD、PRO/E等軟件結(jié)合實例最終建立此類復(fù)合容器特

3、別是其封頭部分的幾何模型。合理假設(shè)此類復(fù)合容器環(huán)向?qū)ΨQ，封頭部分纖維纏繞層與筒身的縱向纏繞纖維層連續(xù)以及各纖維層之間沒有相對滑動，且纏繞時沒有縫隙等，簡化了有限元計算模型。結(jié)合工程實例，計算了單向纖維增強復(fù)合材料工程常數(shù)，探討了各向異性材料的有限元問題。并且利用ANSYS軟件對實例進行了模擬計算，在此過程中，提出了封頭部分纏繞角度不同的處理方法。最后，對模擬的實際容器進行了水壓試驗和爆破試驗。爆破試驗結(jié)果是在容器中部發(fā)生爆破，而有限元計