复合材料发动机壳体结构分析与优化设计

研究缠绕复合材料发动机壳体在内压载荷作用下，承受强度约束的优化设计方法。对强度约束采用Ｔｓａｉ－Ｗｎ失效准则，使各铺层的强度比Ｒ都临界满足强度准则。从而导出最有利厚度的选代公式。通过算例表明，本文所提供的方法具有较高的效率，结构重量稳定下降。一般经过１～６次迭代计算即可达到优化设计。

纤维缠绕复合材料气瓶研究进展

纤维缠绕复合材料气瓶具有高比强度和比模量、抗疲劳、抗腐蚀等优点,已经成为研究的焦点.文中分析了纤维缠绕复合材料气瓶在国内外的研究进展,并进行了归纳总结,主要内容包括:纤维缠绕复合材料气瓶的国内外标准、制造过程中应考虑的主要因素、失效准则、失效模式以及优化设计.通过对比发现,Tsai-Wu失效准则预测的失效压力与实验值最接近.提出了一些预防复合材料气瓶失效的措施,对气瓶的安全使用有一定的借鉴作用.最后指出了未来研究的重点.

纤维缠绕复合材料实芯球形结构单元耐撞性多目标优化

为了提高纤维缠绕复合材料实芯球形结构单元的耐撞能量耗散性能,在初始结构单元耐撞性分析的基础上,建立以结构单元中心承载圆柱体高径比、球形芯材短轴长轴比以及纤维缠绕复合材料表层壁厚比和缠绕角度为结构优化设计参数,以比吸能效率和冲击峰值载荷为评价指标的多目标优化模型。采用分级递进优化方法将多目标优化模型分解为两级单目标优化子模型,并通过有限元软件Abaqus得到不同子模型的碰撞响应。结合径向基函数构造近似函数模型,并采用第二代非劣排序遗传算法对结构优化设计参数进行两级递进求解,得到耐撞性能最优的结构单元。进一步开展的试验验证和破坏模式分析表明,优化设计后结构单元的耐撞吸能水平得到大幅提高,从而验证了该多目标优化分析模型的有效性。

天然气汽车复合材料气瓶的优化设计

以网格理论为基础 ,讨论了纤维缠绕车用气瓶在内压作用下的优化设计 ,对于等强度复合材料气瓶 ,以层厚为设计变量 ,最小体积质量比为目标函数 。

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。

混杂纤维缠绕壳体设计

应用网格理论 ,得到了固体火箭发动机混杂纤维缠绕壳体在内压作用下的平衡方程。给出了混杂纤维缠绕圆筒壁厚的计算公式。讨论了用模拟实验压力容器确定纤维发挥强度的问题。算例表明 ,文中给出的设计计算方法 。

CNG-2环向缠绕气瓶纤维缠绕残余预应力的优化设计

复合材料气瓶压力容器的纤维缠绕预应力对容器的性能有很大的影响,合理设计纤维预应力可提高复合材料容器的综合性能。借助ANSYS有限元软件,建立了带有纤维缠绕残余预应力的环向缠绕气瓶的有限元参数化模型。在模型中,将纤维缠绕层视为复合材料层合板。按照GB 24160—2009《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》的规定,并结合各工况下应力水平的要求建立数学模型,对环向缠绕气瓶的纤维缠绕残余预应力进行优化,得到纤维缠绕残余预应力的最优值,使内胆在工作压力下有较低的应力水平,提高了气瓶的可靠性。

纤维缠绕 GRP 内压容器在非稳定温度场工况下的优化设计

讨论了纤维缠绕玻璃钢压力容器在内压和法向一维非稳定温度场同时作用下的优化设计，以各层缠绕角为设计变量，壳壁厚度为目标函数，对压力容器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。

混杂纤维缠绕壳体结构分析与设计

讨论了固体火箭发动机壳体的混杂纤维缠绕问题。给出了混杂纤维缠绕层厚度比的确定方法。以网格理论为基础，得到了混杂纤维缠绕圆筒壁厚和爆破压强的计算方法以及混杂纤维缠绕封头的分析方法。算例表明，给出的设计计算方法可用于混杂纤维缠绕壳体的初步设计。

考虑渐进损伤的纤维缠绕复合材料圆筒铺层顺序优化设计

针对内压载荷作用下复合材料圆筒,基于复合材料渐进损伤分析方法和遗传算法,建立了复合材料圆筒铺层顺序优化设计方法。复合材料渐进损伤起始准则采用LaCR准则,采用线性软化准则来模拟损伤的演化,基于Bazant提出的裂纹带模型来缓解网格依赖性,运用粘性正则化改善有限元模型的收敛性。渐进损伤分析基于Abaqus软件平台实现,优化算法基于Matlab软件实现,采用Python语言编写脚本进行两个软件平台的数据交换,搭建了基于Matlab和Abaqus软件平台的复合材料圆筒铺层顺序的优化设计平台。针对三种典型承载工况对缠绕复合材料圆筒进行了铺层优化设计。结果表明,无约束条件下爆破压强和考虑工艺约束下的爆破压强均高于传统铺层[±55°]4所对应的爆破压强分别高出6.5%和3.7%,说明本文的优化设计结果可以提高纤维缠绕复合材料圆筒的爆破压强。