内衬材料性能对碳纤维缠绕压力容器的轴向残余变形的影响

纤维缠绕压力容器加卸载后的残余变形趋势研究,对提高制品的尺寸稳定性及满足压力容器的合格性认证均有重要指导意义。分析了钛内衬材料性能参数对纤维缠绕压力容器轴向残余变形趋势的影响。针对等张力缠绕压力容器,采用变角度、变厚度的精细化建模方法,建立了碳纤维螺旋加环向缠绕压力容器的筒身和封头段模型。测试了钛内衬材料在不同屈服强度下的力学性能曲线,并利用有限元模型分析了不同材料性能参数所对应的压力容器加卸载后的轴向残余变形。结果表明,经过给定的加卸载过程后,纤维缠绕压力容器总体沿轴向缩短;并且,钛内衬材料屈服强度的改变对容器轴向残余变形量有着显著的影响。     

薄壁金属内衬复合气瓶自紧压力的有限元分析及性能研究

本文研究自紧压力对薄壁金属内衬复合材料气瓶性能的影响规律。采用有限元分析方法对气瓶的自紧过程进行数值模拟,缠绕成型复合材料气瓶,进行水压疲劳及爆破试验验证,并在试验过程中引入声发射监测。试验及分析结果表明,自紧压力对薄壁金属内衬复合材料气瓶的疲劳及爆破性能影响较大,自紧压力过大会使得气瓶复材层出现树脂开裂、纤维断裂等损伤,导致复合气瓶爆破强度值下降。疲劳试验结果表明,自紧压力过大容易导致薄壁内衬提前进入屈服状态,降低疲劳寿命。针对薄壁金属内衬复合材料气瓶,其自紧压力的选取必须充分考虑金属内衬在自紧及工作过程中的应力值,使其在合理区间。     

钛合金内衬碳纤维缠绕气瓶水压后轴向缩短分析

针对钛合金内衬碳纤维缠绕压力气瓶水压试验后轴向缩短的现象,利用ANSYS有限元软件对其水压过程进行模拟计算,通过对气瓶筒身段及封头段各方向位移、应变计算结果的分析,明确了气瓶水压试验后轴向缩短是由封头处内衬外扩残余塑形变形引起的,利于此类气瓶结构设计的优化及尺寸稳定性的提高。     

三轴多级循环加卸载下红砂岩强度与变形特征试验研究

为研究围压及应力路径对多级循环加卸载下红砂岩的变形破坏特征的影响,采用RMT-301岩石与混凝土力学试验系统,对红砂岩在10 MPa、20 MPa、30 MPa、40 MPa围压下进行常规三轴压缩试验和等下限增幅循环加卸载试验、增下限等幅循环加卸载试验。研究结果表明:等下限增幅循环加卸载、增下限等幅循环加卸载下试件均呈脆性破坏,强度特性随围压的变化趋势基本一致,试件的加卸载变形模量总体上均随围压增大而增大;随着应力级数增加,等下限增幅循环加卸载下,加卸载变形模量呈先增加后降低或一直降低的趋势,而增下限等幅循环加卸载下均呈增加趋势;随着循环次数的增加,试件的轴向残余应变呈阶梯式增长,且在每级应力循环中呈对数型增长;每级应力的第一次循环对试件损伤影响最大,轴向残余应变显著增长,且增下限等幅循环加卸载下增长更为显著;试件在每级应力循环的轴向残余应变增量随应力级数的变化趋势不同,等下限增幅循环加卸载下呈先减小后增大的“V”形变化趋势,而增下限等幅循环加卸载下总体上呈一直增大的“ノ”形变化趋势,且围压越大变化趋势越明显。     

改性环氧胶在铝合金/复合材料粘接中的应用

1 概述 在航天工业中,复合材料压力容器常用于飞行器内燃料和气体的安全携带等.为了提高容器的气密性,通常需要内衬一层铝合金.在成型过程中由于复合材料的固化收缩,使内衬铝合金受到很大的压力,铝内衬的弹性极限不到0.2%,而复合材料的断裂伸长率为2%左右,如果碳/环氧复合材料不能很好地和铝合金粘接在一起,在工作压力下,铝内衬就会发生塑性变形,卸载时,复合材料层在压力作用下就可能失稳,导致结构失效[1].因而,选择一种适宜的胶粘剂将铝合金和复合材料牢固地胶接在一起,对于整个容器的质量至关重要.     

氨合成塔封头支撑环结构应力分析

借助ansys有限元软件计算了氨合成塔封头支撑环的变形和应力.采用linear Isotropic材料模型,并用Solid 45单元对模型进行网格划分.通过计算所得的米塞斯平均应力远小于设计温度下材料的屈服强度,按第四强度理论认定氨合成塔封头支撑环的厚度符合强度要求.     

基于ANSYS的大容积长管拖车气瓶水压试验残余变形研究

长管拖车是运输天然气、氢气等专用气体的移动式压力容器,因其存储容量大,高效便捷的优点,多年来被广泛投入使用。但因介质多具有易燃易爆,高腐蚀高毒性的特点,按国家安全监管要求需按期进行年检和定检。气瓶水压试验是长管拖车生产和定检中必不可少的一项,是检验气瓶性能直接有效的手段之一,通常采用的是外测法水压试验方式,并以残余变形率作为气瓶强度评价指标。本文基于ANSYS结构有限元模拟分析,得出水压试验过程中气瓶应力及变形分布,基于此进一步探究壁应力、壁厚等关键因素对气瓶残余变形的影响机制,结果表明：水压试验过程中,壁应力未达材料屈服强度并不产生残余变形,制造过程热处理不均匀造成的局部壁厚减薄是产生残余变形的主要影响因素,为实际使用中的气瓶制造生产和安全管理提供参考意义。     

铝合金内衬复合材料高压容器界面粘结的研究

复合材料高压容器由于其质量轻近年来被广泛应用在航天方面,但是复合材料气密性差,通常用金属内衬来提高其气密性.由于铝合金和复合材料变形不协调,致使铝合金内衬耐疲劳性能很差.界面良好的粘接使铝合金和复合材料形变相协调,能够很好的提高铝合金内衬复合材料高压容器的耐疲劳性能.因此,对复合材料和铝合金界面粘结的研究具有重要的意义.     

铝内衬碳纤维复合材料压力容器非测地线缠绕与强度分析

本文对碳纤维缠绕复合材料压力容器进行了非测地线缠绕线型设计、有限元仿真和纤维缠绕与水压爆破实验。根据非测地轨迹确定了复合材料压力容器的最佳缠绕参数;采用有限元软件ABAQUS对其受压状态下的应力应变值进行分析,研究内压为35 MPa时压力容器的应力状态,并预测其爆破强度为92.2 MPa;缠绕实验在五轴数控缠绕机上进行,使用T800碳纤维制备了铝合金内衬复合材料压力容器,其纤维缠绕层共26层,缠绕完成后纤维排列整齐均匀,无滑纱现象。固化后其爆破压强为87.5 MPa,与仿真结果相对误差为5.1%,验证了仿真分析的可行性。     

热应力棘齿作用的产生机理和限制条件

在压力容器设计中,当交变的温度梯度和恒定的操作压力(或其它外载,下同)共存,不同材料相连处温度的均匀升降和恒定的操作压力共存,受压管道受交变的弯曲或扭转外载作用;或与此情况相反,恒定的温度梯度和交变操作压力共存,等等;此时如在加载或升温时材料的一部分达到屈服,在卸载或降温时材料的另一部分也能达到屈服,则在交变温差或载荷作用下,就有可能使容器产生塑性应变的不可逆积累,这就是热应力的棘齿作用。因为塑性应变的积累恰如机件中的棘齿一样,只能积累递增而在卸载时无法恢复,最后可能导致容器的过度变形或疲劳破坏。所以,在设计时必须予以充     

CNG-2环向缠绕气瓶纤维缠绕残余预应力的优化设计

复合材料气瓶压力容器的纤维缠绕预应力对容器的性能有很大的影响,合理设计纤维预应力可提高复合材料容器的综合性能。借助ANSYS有限元软件,建立了带有纤维缠绕残余预应力的环向缠绕气瓶的有限元参数化模型。在模型中,将纤维缠绕层视为复合材料层合板。按照GB 24160—2009《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》的规定,并结合各工况下应力水平的要求建立数学模型,对环向缠绕气瓶的纤维缠绕残余预应力进行优化,得到纤维缠绕残余预应力的最优值,使内胆在工作压力下有较低的应力水平,提高了气瓶的可靠性。     

铸钢高压容器的研究与试制

为了满足国内高压容器的发展的需要,并对制造高压容器的新技术作进一步的探讨,我们进行了以铸钢代替锻钢的研究试验,以解除对高压容器材料的限制。同时也研究运用金属的塑性理论以自动增强高压容器。这种利用材料的塑性性质来进行结构的研究,肯定是一种先进的分析方法,它不但充分发挥了材料的潜力（塑性材料的屈伏点被提高了）,而且是正确地估计了结构的真正工作能力。 通常由於铸钢所具有的一定的缺陷,以及作为高压容器时,估计到铸钢在爆破中所可能形成的碎片将有较大的杀伤破坏,因此国外许多文献上都载着铸钢作为容器时的压力限制,甚至有的在根本上就否定了铸钢作为高压容器材料的可能。 我们的试验否定了文献上的规定,现在铸钢的高压容器已受到普遍的欢迎有许多地方则早已把这种价廉、质优、安全、能够很快成批生产的设备投入了生产。     

薄壁钢内衬CF圆筒承压性能仿真及水压爆破试验

针对含薄壁钢内衬的碳纤维缠绕圆筒典型结构,建立三维有限元模型,采用温度参数法逐层计算内衬剩余应力,并预测其承压性能;基于水压爆破试验,研究了多缠绕角下缠绕张力、不同碳纤维等级对钢内衬及复合材料圆筒承压能力的影响,并结合钢内衬的声发射振铃计数特征判别载荷屈服点。试验结果表明,含薄壁钢内衬的碳纤维缠绕圆筒的最佳缠绕张力为75 N左右,T700,T300两种强度碳纤维复合圆管的钢内衬最大屈服载荷基本相同。     

热载荷对冷拔20/316L复合管结合强度影响的数值模拟及试验研究

为了探讨热载荷对冷拔20/316L双金属复合管内、外管间结合强度即残余接触压力的影响,运用有限元分析软件ABAQUS6.5模拟研究了复合管的拉拔成型过程,并通过重启动分析模拟了热加载、卸载时复合管应力状态及残余接触压力的变化,分析了不同温度对冷拔20/316L复合管残余接触压力的影响。结果表明,300℃是衬管发生弹性与塑性变形的临界温度,350℃是基管与衬管发生脱离的起始温度。最后通过复合管拉拔试样的热载荷试验,验证了数值模拟的正确性。     

压力容器机座焊缝开裂原因及应对措施

为探讨某压力容器的振动原因及机座与上封头连接焊缝的开裂原因,采用电测方法对压力容器振动频谱及动应力进行了现场测量,建立了压力容器流固耦合系统的有限元分析模型并进行了模态分析。分析结果表明,系统主振频率与系统某一阶固有频率相同,但与激励频率无关,系统发生了流固耦舍自激振动。应力测试结果表明,最大动应力位于机座与上封头连接的焊缝处,为正常工作应力的4—6倍;流固耦合引发系统自激振动使上封头出现局部弯曲振动,产生振动疲劳,导致机座与上封头连接焊缝开裂。分析认为对上封头进行补强可消除局部弯曲振动且能防止机座焊缝开裂。     

纤维缠绕复合材料压力容器CAD/CAE/CAM一体化研究

本文用APDL参数设计语言编制的程序可同时进行压力容器缠绕过程的动态仿真模拟及应力分析,可将实际缠绕参数直接用于应力分析,分析后得到的仿真数据可直接用于数控缠绕机进行生产,实现了纤维缠绕复合材料压力容器CAD/CAE/CAM一体化.本文用微分几何理论推导出纤维缠绕复合材料压力容器的非测地线缠绕轨迹、包角方程及绕丝头运动方程.在应力分析过程中考虑了几何非线性和物理非线性.采用叠层的增量本构关系,以分段线性表示单层非线性应力-应变曲线,对损伤后引起的刚度降低进行了实验研究,实验特别研究了面内剪切破坏和层间剪切破坏对纵向弯曲刚度的影响.结果表明纤维缠绕复合材料压力容器损伤后,弯曲刚度的降低是影响轴向变形的重要因素.     

钢丝缠绕液压胶管设计优化有限元分析

钢丝缠绕胶管的爆破压力、轴向变形和径向变形与钢丝缠绕角度密切相关,目前的研究和工程实践中主要是基于压力容器薄膜应力理论和经验公式对四层排布角度相同或者相近的软管进行分析和设计。但是由于薄膜理论的假设建立在胶管小变形和材料各向同性的假设条件下,而由于各层钢丝在受力后,会发生耦合作用,工程上已发现四层角度相同的设计,无论在受力,还是轴向位移都不是最佳方案,不能满足优化的目的。因此,本文使用有限元的分析方法,对四层缠绕胶管的排布角度进行独立优化,发现四层钢丝缠绕胶管每层角度的变化对其本层和其他三层的应力分布均有影响,并且有一定的规律性。利用这一规律,可以实现对钢丝缠绕胶管排布角度的优化,使爆破压力和变形都达到符合使用要求的结果。本文分析的结果被证明和工程试验结果有很好的相关性。     

整体多层包扎式高压容器筒体与球形封头连接区应力状态有限元分析

建立了整体多层包扎式高压容器多层筒体与球形封头连接区有限元接触分析模型,得到了端部阶梯式连接结构的应力分布状况,并与相同尺寸非多层结构的应力分布进行了比较。结果表明,两种结构内外壁应力变化趋势相似,在连接区出现明显的应力集中,连接处轴向应力上升趋势大于周向应力,达到最大应力值后迅速衰减。     

复合材料气瓶有限元应力应变分析

本文利用ANSYS大型有限元程序建立了复合材料气瓶（金属内衬）的有限元模型,建模中将纤维缠绕层作为复合材料层合板处理,考虑了封头处缠绕层厚度及缠绕角沿子午线不断变化的情况。针对建立的模型进行了气瓶在几个工况点下的变形分析,通过在30MPa压力、45MPa压力下的位移分析和试验测量对比,分析和试验结果分别为6．25MPa和5．86MPa、8．48MPa和7．69MPa,误差分别为9．3％、9．O％,均在10％以内。利用最大应变准则预测了气瓶的爆破压力约为66MPa。两次爆破试验中,测得的爆破压力分别为65MPa和68MPa。结果表明,建模与分析方法县诈确的．     

碳纤维钛合金超混杂复合层板残余应力研究

基于复合材料经典层合理论,分别采用解析法、有限元法计算了2／1结构的碳纤维钛合金超混杂复合层板（T∥PEEK／Cf）0°方向残余应力,并利用应力释放法测定层板残余应力,计算结果与实验结果基本一致。结合解析法和有限元法讨论了加载预应力对层板残余应力分布的影响,当预应力为150MPa时,残余应力几乎为0MPa,有利于层板各项综合性能,为后期设计研制出具有最佳性能的层板提供了有价值的理论参考。