超薄单层复合材料缠绕压力容器承载性能研究

针对压力容器承载性能,基于经典层合板刚度等效理论,提出了一种可以考虑复合材料缠绕层单层厚度的压力容器承载性能分析方法;与实际铺层有限元模型进行对比,验证了分析方法的有效性;对不同单层厚度的复合材料进行了单向拉伸试验,获得材料强度与单层厚度的关系;分析了超薄单层复合材料缠绕压力容器的应力分布、失效系数分布及失效压力。结果表明,超薄单层复合材料缠绕压力容器的应力和损伤分布更为均匀,失效内压较常规单层厚度复合材料可提高54.5%。该研究成果可为超薄单层复合材料缠绕压力容器的结构设计提供可靠的理论参考。

复合材料缠绕压力容器冲击损伤分析

基于复合材料经典层合板理论和冲击动力学理论,采用Chang-Chang损伤准则对受低速冲击后的复合材料缠绕层进行损伤判定,并进行相应的刚度折减,分析复合材料纤维缠绕压力容器在冲击载荷作用下的动态响应和损伤状况。结合动力松弛法分析冲击能量对不同工作压力下复合材料缠绕压力容器抗冲击性能的影响,并对压力容器不同部位的抗冲击敏感性进行了相应研究,预测出压力容器的缠绕层损伤特征和最不利的冲击位置。

低能量冲击对碳/环氧复合材料缠绕压力容器的结构损伤及强度影响分析

碳/环氧复合材料缠绕压力容器对外界冲击非常敏感,较低能量的冲击就有可能造成容器结构的严重损伤,进而导致爆破强度的显著降低。国外在碳/环氧复合材料缠绕压力容器低能量冲击研究方面取得了一些试验结果,在对这些试验结果进行综合分析,提炼出了影响冲击损伤效果的相关因素,并分析了这些因素对损伤效果的影响趋势进行了。另外对我国今后开展这方面的相关研究工作提出了一些建议。

复合材料缠绕压力容器的失效风险分析

压力容器的可靠性和安全性将直接影响到空间系统或导弹使命的成败。分析了可能导致复合材料缠绕压力容器失效的危险因素,详细介绍了应力断裂、撞击损伤、内衬泄漏等危险因素的分析和预测方法,并给出了某复合材料缠绕压力容器的失效风险分析结果。

复合材料缠绕压力容器缠绕过程模拟

为了提高复合材料缠绕压力容器缠绕工艺效率及优化缠绕过程,研究并设计了复合材料缠绕压力容器缠绕过程的模拟软件.模拟软件主要包括两个模块:缠绕设计模块和模拟模块.模拟模块中,通过在几何空间和色彩空间,描述纤维缠绕压力容器成型工艺的芯模、落纱点、悬纱、丝头的运动规律和运动轨迹,形成动态画面,直观地反映出缠绕过程中落纱、纱线排布、悬纱、芯模和丝头运动以及线形变化,显示出纤维缠绕成型的全部过程.该模拟软件的建立,有利于加深对复合材料缠绕压力容器缠绕工艺过程的理解.

碳/环氧复合材料缠绕压力容器的冲击损伤效果及无损检测评价技术

碳/环氧复合材料压力容器已广泛应用于空间系统。此类容器对冲击损伤非常敏感,冲击损伤可造成容器结构强度的严重降低。详细介绍了国外进行的冲击损伤研究成果,并对检测冲击损伤的各种无损检测技术进行了比较和评价。

关于复合材料缠绕压力容器冲击损伤的几点思考

压力容器的可靠性决定了内容物体的稳定性,其安全性将直接影响到整个空间系统的安全。由于压力容器受外界储存环境的影响比较大,此类容器对于外界的冲击损伤非常敏感。根据国内外研究来看,一般情况下,冲击损伤可以造成高压容器内部结构突变,整体结构材料的受力强度和稳定性严重降低、为了保障压力容器的整体安全,使用复合材料缠绕的方法,可以有效减少压力容器的冲击损伤。本文根据碳合金、环氧复合等材料的主要特征做出探讨,提出选用正确的配比材料的缠绕方法,有效缓解冲击力,提高压力容器稳定性的方法。

复合材料压力容器的研究与制备

本文介绍了复合材料压力容器的研究进展,分析了影响压力容器设计的主要参数,根据网格理论,结合缠绕角和铺层顺序的优化,设计制备了国产碳纤维复合材料压力容器。试验结果表明,压力容器设计满足技术要求,国产碳纤维在CFRP压力容器上的应用是可行的。

纤维缠绕复合材料压力容器的多尺度分析与性能预测

纤维缠绕复合材料压力容器由纤维、基体和界面组成,其宏观性能会随着组成材料微观性能的变化而变化,为了更加科学准确地对复合材料压力容器性能进行预测,有必要建立多尺度性能预测与分析方法,将ANSYS微观分析与ABAQUS宏观分析相结合,以此指导设计,提高其性能。此外,通过微观脱黏试验、树脂和碳纤维的拉伸试验获得复合材料微观力学参数,通过材料体系XSYT55G成形的缠绕层压板样品进行拉伸和剪切强度试验获得复合材料的宏观力学参数。采用提取的代表体积元素(RVE)进行微观失效分析,并引入渐进均匀化理论,实现微观到宏观的分析过度,同时将该分析方法应用到纤维缠绕复合材料的压力容器算例分析中。分析结果表明:RVE模型进行拉伸失效分析,Weibull模量(m)值越小,失效单元数越多,模型承载力越低;对不同纤维强度Weibull分布进行分析,m值越大,宏观模型模量峰值越晚出现,变化越剧烈;纤维强度离散性m值对爆破压力和失效过程有重要影响,随着m值增大,压力容器失效越晚,载荷变化越剧烈,爆破压力也随之增大。

移动式碳纤维复合材料密闭压力容器的设计

复合材料气瓶因其具备储量大、质量轻、防腐蚀、防高温等多种优良特性而被各行各业广泛使用。设计一种体积为8 L、工作压力为25 MPa的碳纤维缠绕复合材料气瓶,结合气瓶的缠绕、浸胶和固化工艺,阐述气瓶设计制造的技术和特点。

复合材料压力容器的概率和非概率可靠性设计

考虑复合材料压力容器结构中各参数和载荷的随机性或区间性,利用基于概率的网格法得到其纤维强度发挥系数随机函数的计算表达式。建立了该类压力容器的可靠性分析模型,并分别应用随机因子法和区间因子法导出了纤维强度的均值、标准差和离差的计算表达式,利用概率的和非概率的可靠度计算方法,实现了该类压力容器的概率和非概率的可靠性设计,并考察了结构各不确定性参数的波动对容器厚度设计尺寸的影响。算例结果表明:概率和非概率的可靠性设计结果均可满足安全要求,且比传统的安全系数法结果更为精确与合理;概率方法相比非概率方法,其结果相对误差较小,但计算过程较为复杂。

纤维缠绕工艺在复合材料压力容器上的研究进展

与金属压力容器相比,采用纤维缠绕工艺制备的复合材料压力容器具有很好的减重效果,改变了氢气、天然气等一次性能源储存和运输原则。首先介绍了网格理论提供了纤维缠绕压力容器壳体设计解决方案;其次指出了非测地线缠绕工艺的研究引领了对纤维缠绕线型设计的发展;然后对不同缠绕工艺进行对比分析综述出复合材料压力容器在缠绕层成型工艺、缠绕层质量以及缠绕层检测标准3个方面的研究进展;最后总结了目前纤维缠绕工艺在复合材料压力容器上的发展趋势并进行展望。

压力容器复合材料反复打压损伤过程研究

基于声发射技术、X射线三维成像技术及水压反复打压实验重点探究了压力容器复材筒力学性能薄弱区域及主要破坏形式。利用振铃次数与时间的关系及能量与时间的关系分析材料损伤过程,利用声程定位损伤部位,利用Kaiser效应及Felicity比判断材料损伤程度,利用反复打压实验前后X射线三维成像技术探究缺陷扩展形式,利用声信号特征参数判断损伤类型。研究结果表明,焊缝及孔隙为主要力学性能薄弱区域。加压过程首先出现界面开裂及环氧树脂/上浆剂破损,高模碳纤维断裂为次要损伤,几乎无界面剪切应力破损及高强碳纤维断裂。反复加压过程损伤逐渐加剧,力学性能有下降趋势。

纤维缠绕聚合物基复合材料压力容器的可靠性设计

为对纤维缠绕聚合物基复合材料(FWRP)压力容器进行可靠性设计和安全测评,引入可靠性理论;应用统计学原理,以同一失效概率为标准进行FWRP压力容器结构设计,以取代目前应用的传统安全系数法设计。根据国家标准制备8个玻璃纤维缠绕复合材料(GFWRP)压力容器,通过实验获得纤维强度、缠绕角、几何尺寸、爆破压力等随机变量特征值。GFWRP压力容器结构可靠性设计值(纤维缠绕壁厚)与实验结果基本吻合,并明显小于传统安全系数法设计值。通过对不同纤维强度随机分布可靠性设计理论计算结果的比较,确知纤维强度的离散程度是FWRP压力容器可靠性设计的重要影响因素。传统安全系数设计法只考虑纤维强度(均值)大小,而无视纤维强度随机分布特征值对FWRP压力容器结构抗力的影响,显然是不合理的。可靠性设计实现了安全性与经济性的有效统一。

纤维缠绕复合材料压力容器渐进损伤分析

利用大型有限元软件ANSYS的参数化设计语言(APDL)建立了纤维缠绕复合材料压力容器的有限元模型,该模型真实地反应了复合材料压力容器封头处纤维缠绕层的厚度以及纤维缠绕角度沿子午线不断变化的情况,即充分体现该压力容器结构的真实性。针对建立的有限元模型,对复合材料压力容器在一定内压下的应变进行了分析,将分析的结果与试验结果比较,验证该模型的准确性。在此基础上进行了复合材料压力容器的渐进损伤分析,获得了复合材料压力容器在外载荷逐渐增加的情况下,复合材料缠绕层逐层失效破坏的详细信息,为复合材料压力容器的设计提供一定的依据。

纤维缠绕复合材料压力容器健康监测研究进展

阐述了纤维缠绕复合材料压力容器健康监测传感器的特点和原理,对纤维缠绕复合材料结构健康监测工作中的固化过程监测、服役环境监测、内压和结构应变监测、损伤监测、爆破压力监测、泄漏监测进行了介绍和比较。最后,对纤维缠绕复合材料结构健康监测工作进行了展望,并提出了几点建议。

纤维缠绕复合材料压力容器的研究现状

介绍了纤维增强树脂基复合材料以及纤维缠绕压力容器的分类和应用,归纳了纤维缠绕压力容器在国内外常用的相关标准,并针对其设计优化和健康监测与检测两个方面,总结了国内外的研究进展。

纤维缠绕复合材料压力容器在内压与非稳定温度场工况下的优化设计

讨论了面内力和法向一维非稳定温度场同时作用下复合材料层合板的优化设计。以层合板的各层铺设角为设计变量，层合板的厚度为目标函数进行优化设计。作为算例，对玻璃纤维缠绕增强塑料压力容器在内压及其内部介质温度突变到稳定温度场全过程逐时刻的不同工况，进行优化设计。

复合材料气瓶缠绕层的内部缺陷检测

复合材料气瓶具备质量轻、强度高、耐腐蚀与疲劳性能好等优势,但目前针对复合材料气瓶检验的国家标准主要以宏观检查为主,内外表面缺陷以及缠绕层的内部缺陷难以检出。分析了内部缺陷对复合材料气瓶的影响,对比并分析了3种缠绕层内部缺陷的检验方法,以期为复合材料气瓶的定期检验提供一定参考。

小角度缠绕复合材料护岸管桩抗弯性能试验与设计

本文提出一种新型复合材料护岸管桩。该护岸管桩由纤维缠绕工艺制备的复合材料缠绕管制成。通过四点弯曲试验,得到试件的破坏模式以及荷载-位移关系,以此分析缠绕角度±55°、±15°以及是否浇筑混凝土对护岸管桩抗弯性能影响。结果表明:纤维缠绕角度由55°减小为15°与浇筑混凝土都能极大提高复合材料护岸管桩的刚度和抗弯承载力。在此基础上进行复合材料护岸管桩嵌固端深度计算公式推导,并给出护岸管桩的设计流程以及应用建议。这为之后复合材料护岸管桩应用于护岸工程提供了参考。