增強(qiáng)熱塑性塑料容器的強(qiáng)度分析.pdf

1、增強(qiáng)熱塑性塑料容器因耐腐蝕、抗疲勞、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天催化劑儲(chǔ)存、核工業(yè)腐蝕介質(zhì)運(yùn)輸以及汽車工業(yè)中受到越來越廣泛的關(guān)注。目前對(duì)于纏繞容器的研究成果多在金屬內(nèi)襯纏繞容器方面，對(duì)塑料內(nèi)襯容器方面鮮有關(guān)注，國內(nèi)缺乏相應(yīng)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量得不到有效保證，一度被國家勒令停產(chǎn)。為研究增強(qiáng)熱塑性塑料容器的相關(guān)特性，為工程生產(chǎn)與應(yīng)用提供一定的參考，本文利用有限元數(shù)值分析方法對(duì)該容器的內(nèi)襯、纏繞工藝和強(qiáng)度進(jìn)行了分析研究，具體內(nèi)

2、容如下:
　　(1)對(duì)高密度聚乙烯材料性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，得到其相應(yīng)的材料參數(shù)及曲線，為后續(xù)有限元模擬提供準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)置及結(jié)果分析參考。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用ANSYS ACP模塊對(duì)增強(qiáng)熱塑性圓筒進(jìn)行了有限元鋪層設(shè)計(jì)及軸向壓縮靜力學(xué)分析。結(jié)果表明:軸壓性能與纖維和載荷方向夾角呈負(fù)相關(guān)，高密度聚乙烯內(nèi)襯對(duì)軸壓性能有削弱作用。內(nèi)襯材料在低纏繞角情況下易發(fā)生剪切破壞。而在45°～60°之間時(shí)，纏繞圓筒性能得到有效改善。
　　(2)采用有

3、限元屈曲分析的方法對(duì)高密度聚乙烯內(nèi)襯進(jìn)行了穩(wěn)定性分析計(jì)算。分別計(jì)算其線性臨界屈曲載荷和非線性臨界屈曲載荷，得到了該內(nèi)襯的屈曲形態(tài)及載荷-位移曲線。并以此為基礎(chǔ)，研究了內(nèi)襯厚度、長(zhǎng)徑比兩種參數(shù)對(duì)線性和非線性屈曲載荷的影響。結(jié)果表明，內(nèi)襯屈曲載荷隨厚度降低而降低，隨長(zhǎng)徑比增大而降低。
　　(3)采用有限元方法對(duì)纏繞容器的纏繞張力及自緊壓力開展了分析研究。基于等效降溫法，利用ANSYS ACP模塊進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)置定義，分析了全螺旋

4、纏繞容器的纏繞張力、自緊壓力對(duì)容器性能的影響。結(jié)果表明:纏繞張力對(duì)增強(qiáng)熱塑性容器塑料內(nèi)襯的強(qiáng)度指標(biāo)無明顯作用。在工作壓力狀態(tài)下，纏繞張力引起內(nèi)襯屈服之前，自緊壓力對(duì)內(nèi)襯性能起主導(dǎo)作用。內(nèi)襯Mises應(yīng)力與容器的纏繞自緊壓力呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)纏繞張力已經(jīng)引起內(nèi)襯屈服，則纏繞張力起主導(dǎo)作用，內(nèi)襯Mises應(yīng)力與其呈正相關(guān)。
　　(4)依據(jù)網(wǎng)格化理論和復(fù)合材料失效準(zhǔn)則，利用ANSYS ACP模塊對(duì)增強(qiáng)熱塑性塑料容器進(jìn)行了容器纖維螺旋有向單元設(shè)