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复合材料圆筒壳及气瓶的有限元分析与研究

作　者: 罗翔鹏
导　师: 段成红
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 复合材料圆筒壳轴向压缩气瓶应力应变分析爆破分析
分类号: TH49
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 150次
引　用: 2次
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内容摘要

本论文的研究内容分为复合材料圆筒壳及气瓶两个部分。对于复合材料圆筒壳的研究，分为静态分析和准静态分析。本论文首先在ANSYS有限元软件中建立了带有和不带有端部加强层的复合材料圆筒壳有限模型，分析了在一定的压缩载荷和不同缠绕角度下这两种圆筒壳的轴向压缩模量的变化趋势，并研究了带有端部加强层圆筒壳的径向位移和层间剪应力，预测了其破坏形式，且建议在相同条件下，为了抵抗轴向压缩，应尽量采用小角度缠绕；然后对含预裂纹的复合材料圆筒壳进行了准静态条件下的轴向压缩试验，观察了其破坏形貌，记录了载荷-位移曲线，接着基于ANSYS/LS-DYNA建立了复合材料圆筒壳轴向压缩渐进损伤有限元模型，进行了准静态分析，同样观察了其破坏形貌，模拟出了载荷-位移曲线，将有限元结果与试验结果进行了比较，二者吻合较好。对于复合材料气瓶的研究，分为应力应变分析和爆破分析。本论文在ABAQUS有限元软件中建立了复合材料气瓶有限元模型，建模时考虑封头段只进行螺旋缠绕，以及其缠绕角度与缠绕厚度随平行圆半径不同而变化的情况，分析了复合材料气瓶经过自紧处理后各个工况下的应力和内衬的等效塑性应变，并依据《DOT CFFC》标准评定了气瓶的应力分布，证明了其合理性，且由内衬的等效塑性应变分布确定了自紧处理的有效作用范围；对复合材料气瓶进行的爆破压力预测依据的是最大应力准则和最大应变准则，并证明了采用最大应变准则预测的结果较为接近标准中的值。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
符号说明  14-16
第一章绪论  16-26
  1.1 课题研究背景  16-17
  1.2 复合材料圆筒壳及气瓶简介  17-21
    1.2.1 复合材料圆筒壳  17-19
    1.2.2 复合材料气瓶  19-21
  1.3 研究概况  21-22
  1.4 课题的研究意义、方法及内容  22-24
    1.4.1 研究意义  22-23
    1.4.2 研究方法  23
    1.4.3 研究内容  23-24
  1.5 本章小结  24-26
第二章复合材料理论研究  26-44
  2.1 复合材料圆筒壳屈曲分析  26-33
    2.1.1 单向复合材料在轴向压缩载荷下的失效  26-28
    2.1.2 复合材料圆筒壳在轴向压缩载荷作用下的屈曲  28-33
  2.2 复合材料气瓶结构力学分析  33-40
    2.2.1 网格理论基本概念  33-34
    2.2.2 复合材料气瓶筒身段的网格理论分析  34-37
    2.2.3 复合材料气瓶封头段的网格理论分析  37-40
  2.3 复合材料气瓶失效分析  40-43
    2.3.1 复合材料层失效方式  40-41
    2.3.2 复合材料单层板失效准则  41-43
  2.4 本章小结  43-44
第三章复合材料圆筒壳轴向压缩有限元分析  44-62
  3.1 复合材料圆筒壳轴向压缩试验概述  44
  3.2 复合材料圆筒壳轴向压缩静态分析  44-50
    3.2.1 ANSYS简介  44-45
    3.2.2 有限元模型  45-47
    3.2.3 轴向压缩模量  47-48
    3.2.4 带有端部加强层圆筒壳的径向位移和层间剪应力  48-49
    3.2.5 结论  49-50
  3.3 复合材料圆筒壳轴向压缩准静态分析  50-61
    3.3.1 ANSYS/LS-DYNA简介  50
    3.3.2 LS-DYNA接触简介  50-51
    3.3.3 有限元模型  51-55
    3.3.4 压缩速度  55-56
    3.3.5 能量  56
    3.3.6 载荷-位移  56-59
    3.3.7 轴向应变  59-61
    3.3.8 压溃形貌  61
    3.3.9 结论  61
  3.4 本章小结  61-62
第四章基于ABAQUS的复合材料气瓶应力应变及爆破分析  62-80
  4.1 复合材料气瓶应力应变分析  62-75
    4.1.1 ABAQUS简介  62
    4.1.2 几何模型  62-65
    4.1.3 材料模型  65-67
    4.1.4 有限元模型  67-69
    4.1.5 结果分析  69-74
    4.1.6 结论  74-75
  4.2 复合材料气瓶爆破分析  75-78
    4.2.1 模型建立  75
    4.2.2 最大应力准则下的爆破压力  75-76
    4.2.3 最大应变准则下的爆破压力  76-77
    4.2.4 结果分析  77
    4.2.5 结论  77-78
  4.3 本章小结  78-80
第五章结论与展望  80-82
  5.1 结论  80-81
  5.2 展望  81-82
参考文献  82-85
致谢  85-86
研究成果及发表的学术论文  86-87
作者和导师简介  87-88
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  88-89

复合材料圆筒壳及气瓶的有限元分析与研究

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