CFRP纏繞壓力容器可靠性研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics，CFRP）具有比強(qiáng)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(dǎo)彈發(fā)動機(jī)殼體）與民用各領(lǐng)域具有重要和廣泛的應(yīng)用。本研究針對目前 CFRP纏繞壓力容器采用安全系數(shù)法設(shè)計(jì)不能解決隨機(jī)性問題，對結(jié)構(gòu)功能的重要影響因素沒有科學(xué)量化，經(jīng)濟(jì)性低等弊端，進(jìn)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(jìn)行了各項(xiàng)力學(xué)性能試驗(yàn)與水壓爆破試驗(yàn)。對CFRP纏繞壓力容器各重要設(shè)計(jì)變量（單向板彈性常數(shù)及其強(qiáng)度、壓力容器纏繞工藝參數(shù)及幾何尺寸）的隨機(jī)統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并根據(jù) Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)法，獲得各設(shè)計(jì)隨機(jī)變量的最優(yōu)概率統(tǒng)計(jì)分布。根據(jù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性理論和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)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(yàn)基礎(chǔ)上，編制了基于MATLAB的M

3、onte Carlo數(shù)值模擬軟件，實(shí)現(xiàn)了CFRP纏繞壓力容器可靠性分析與設(shè)計(jì)。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(xiàng)重要隨機(jī)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(yàn)結(jié)果基本吻合。
　　在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出CFRP壓力容器的“可靠性安全系數(shù)”。它既具可靠性設(shè)計(jì)的科學(xué)性，又具有安全系數(shù)設(shè)計(jì)的方便性。鑒于目前工程上還應(yīng)用網(wǎng)格理論進(jìn)行復(fù)合材料壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)。理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)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(jī)分布影響極為重大，是其不同于金屬的獨(dú)具特點(diǎn)之一。本文采用碳纖維纏繞NOL環(huán)（試件），運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法，對固化制度與纏繞張力制度進(jìn)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(shè)計(jì)中。
　　此外，為確定復(fù)合材料強(qiáng)度準(zhǔn)則的適用性，本文將應(yīng)用最廣泛的最大應(yīng)力準(zhǔn)則和Tsai-Wu