CFRP纏繞壓力容器可靠性研究.pdf

1、碳纖維復合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics，CFRP）具有比強度比模量高、耐高溫抗腐蝕等優(yōu)異性能，在航空航天、海洋軍工（如各類戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)動機殼體）與民用各領域具有重要和廣泛的應用。本研究針對目前 CFRP纏繞壓力容器采用安全系數(shù)法設計不能解決隨機性問題，對結(jié)構(gòu)功能的重要影響因素沒有科學量化，經(jīng)濟性低等弊端，進行了CFRP纏繞壓力容器在纏繞工藝過程中和內(nèi)壓作用下的可靠性研究。
　　制備了碳纖

2、維單向板、碳纖維纏繞NOL環(huán)、碳纖維纏繞壓力容器，進行了各項力學性能試驗與水壓爆破試驗。對CFRP纏繞壓力容器各重要設計變量（單向板彈性常數(shù)及其強度、壓力容器纏繞工藝參數(shù)及幾何尺寸）的隨機統(tǒng)計特征進行了試驗研究，并根據(jù) Kolmogorov-Smirnov檢驗法，獲得各設計隨機變量的最優(yōu)概率統(tǒng)計分布。根據(jù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性理論和復合材料結(jié)構(gòu)力學理論，建立了CFRP纏繞壓力容器可靠性分析的極限狀態(tài)方程。在試驗基礎上，編制了基于MATLAB的M

3、onte Carlo數(shù)值模擬軟件，實現(xiàn)了CFRP纏繞壓力容器可靠性分析與設計。完成壓力容器在剛度衰退模式下的失效載荷與失效概率分布，以及各項重要隨機變量對失效概率分布影響規(guī)律的數(shù)值模擬。模擬結(jié)果與試驗結(jié)果基本吻合。
　　在試驗基礎上，推導出CFRP壓力容器的“可靠性安全系數(shù)”。它既具可靠性設計的科學性，又具有安全系數(shù)設計的方便性。鑒于目前工程上還應用網(wǎng)格理論進行復合材料壓力容器的結(jié)構(gòu)設計，本文完成了基于網(wǎng)格理論的CFRP纏繞壓力容

4、器可靠性設計。理論計算結(jié)果與試驗結(jié)果基本吻合。
　　CFRP纏繞壓力容器成型工藝過程（包括固化制度與纏繞張力制度）控制對制品性能的隨機分布影響極為重大，是其不同于金屬的獨具特點之一。本文采用碳纖維纏繞NOL環(huán)（試件），運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)合遺傳算法，對固化制度與纏繞張力制度進行了優(yōu)化，將工藝過程影響引入 CFRP纏繞壓力容器可靠性設計中。
　　此外，為確定復合材料強度準則的適用性，本文將應用最廣泛的最大應力準則和Tsai-Wu