纏繞張力對(duì)復(fù)合氣瓶?jī)?nèi)膽應(yīng)力影響.pdf

1、具有金屬內(nèi)膽和纖維層的復(fù)合氣瓶以其比強(qiáng)度和比剛度高、抗疲勞性、抗震和密封性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于航天、航空、，汽車、造船、化工、機(jī)械、建筑和能源等各個(gè)工程領(lǐng)域。隨著復(fù)合氣瓶的廣泛應(yīng)用，復(fù)合氣瓶進(jìn)行科學(xué)和準(zhǔn)確的應(yīng)力分析不僅有助于氣瓶設(shè)計(jì)和加工工藝的研究，而且有利于氣瓶的安全評(píng)估。由于有限元方法已成熟的應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力的大幅度提高，有限元法已是研究復(fù)合氣瓶的重要手段。借助ANSYS有限元分析軟件，采用有限元分析方

2、法，對(duì)復(fù)合氣瓶鋼制內(nèi)膽進(jìn)行力學(xué)分析，建立了復(fù)合氣瓶用于分析纏繞過程中金屬內(nèi)膽的力學(xué)模型；利用ANSYS參數(shù)化的優(yōu)勢(shì)（APDL），對(duì)模型的結(jié)構(gòu)尺寸和網(wǎng)格劃分、約束條件、求解等進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。 以外徑406mm、壁厚5mm的氣瓶金屬內(nèi)膽為研究對(duì)象，對(duì)環(huán)向纏繞的復(fù)合氣瓶展開以下幾方面的研究： （1）對(duì)氣瓶的邊界、接觸條件和材料特性以及單元選擇進(jìn)行分析，建立軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體有限元模型，并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明此模型是正確的

3、。 （2）將繞帶張力轉(zhuǎn)化為對(duì)內(nèi)膽的當(dāng)量外壓力，對(duì)氣瓶?jī)?nèi)膽進(jìn)行分析，采用逐層纏繞的方法，進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明：由纏繞張力對(duì)內(nèi)膽氣瓶進(jìn)行逐層環(huán)向纏繞產(chǎn)生了一定預(yù)應(yīng)力，且氣瓶?jī)?nèi)膽的筒體的應(yīng)力狀態(tài)處于壓應(yīng)力狀態(tài)；由纏繞張力引起的當(dāng)量外壓p與內(nèi)膽的應(yīng)力呈線性關(guān)系；碳纖維纏繞層數(shù)的增多，內(nèi)膽的應(yīng)力增大，且增大的趨勢(shì)在減小；隨纖維纏繞層的增加，內(nèi)膽應(yīng)力的增量在逐漸減小。 （3）進(jìn)行預(yù)應(yīng)力復(fù)合氣瓶進(jìn)行自緊壓力分析，結(jié)果表明：自緊壓力能夠降