封頭開有極孔殼體的有限元分析.pdf

1、在科學技術日新月異的今天，復合材料越來越多的被應用于許多領域。其中，憑借強度高、質量輕及可靠安全等特性碳纖維復合材料已被大面積應用在航天、工業(yè)及軍事領域中。碳纖維復合材料壓力容器因以纏繞成型為主導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，關于碳纖維復合材料壓力容器殼體的失效判據(jù)和設計準則較多，但應用較廣和應用較為成熟的是網格理論。
　　本文通過對碳纖維復合材料質壓力容器與金屬材料質壓力容器進行對比研究，以此說

2、明碳纖維復合材料壓力容器的優(yōu)越性。首先應用ANSYS軟件對某一結構的金屬壓力容器殼體進行有限元分析，當載荷施加至17MPa時，在封頭和接頭的連接處發(fā)生應力集中現(xiàn)象，Misses應力的最大值為1520MPa。針對這同一模型，將材料改為碳纖維復合材料，依據(jù)極孔與殼體的徑比關系，計算出了碳纖維的纏繞角；再依據(jù)網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合材料的過渡處理及在該處的補強處理，模擬結果顯示，在壓力容器殼體的筒段處產生了最大應力，最大值為1550MPa。結構和載荷一樣，最大應力相近，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。在碳纖維復合材料的模型的基礎上，將內表面的載荷由17MPa增加到30MPa，可以得知最大應力產生的位置仍在殼體的筒段處，但是最大應力值增大為2631MPa。