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结构·设计某型复合材料气瓶优化设计李小明,邱桂杰,刘锦霞(北京玻璃钢研究设计院,北京102101)摘 要 本文采用APD L 语言进行某型复合材料气瓶优化设计,优化后的气瓶性能有较大提高,另外分析了铺层顺序对气瓶性能的影响。
关键词 复合材料;压力容器;有限元;优化设计Optimum Design of A Composite Pressure V esselLI X iao -ming ,QI U G ui -jie ,LI U Jin -xia(Beijing FRP Research &Design Institute ,Beijing 102101)A BSTRACT T his article discusses optimum design of a com posite pressure vessel w ith AP D L language and the per formance of pressure vessel can be im proved a fter optimum design.In addition ,the e ffect of ply stacking sequence on the per formance is analy zed.KEY WORDS C om posites ;Pressure vessel ;FE M;Optimum design1 前 言工业产品从设计到加工的过程中,单凭经验和反复的采用实物试验验证的传统制造方法,已经远远不能适应降低制造成本、减少设计和生产周期、快速适应市场变化和增强市场竞争力的需要了。
随着科学技术的发展,虚拟制造、虚拟实验使得在实际的产品制造之前就能发现产品在使用和制造中可能存在的问题,提高了产品质量,降低了工业产品的设计与试制的成本。
与传统材料相比,复合材料具有可设计性,复合材料结构的多层次性为复合材料及其结构设计带来了极大的灵活性,复合材料的力学性能和机械性能,都可按照结构的使用要求和环境条件要求,通过组分材料的选择匹配、铺层设计及界面控制等材料设计手段,最大限度的达到预期目的,以满足产品的使用性能。
可重复使用复合材料气瓶设计及试验验证王恺;吴茜;汪文博;满满;许光【摘要】为了适应未来重复使用运载器更高的重复使用性能要求,设计了一种航天用轻质高压可重复使用复合材料气瓶,采用金属内胆/复合材料层结构形式.复合材料采用T700碳纤维复合材料,金属内衬采用铝合金.采用有限元仿真和试验验证的方法对气瓶的强度和重复使用性能进行了分析和验证,其仿真爆破强度为81MPa,试验爆破强度84 MPa,仿真与试验疲劳失效次数均大于1 200次.结果表明,所设计的重复使用复合材料气瓶满足23 MPa工作压力重复使用300次要求.【期刊名称】《宇航材料工艺》【年(卷),期】2018(048)006【总页数】5页(P16-20)【关键词】重复使用;复合材料气瓶;设计;试验【作者】王恺;吴茜;汪文博;满满;许光【作者单位】中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院大学,北京100049;北京宇航系统工程研究所,北京100076;北京宇航系统工程研究所,北京100076;北京宇航系统工程研究所,北京100076;北京宇航系统工程研究所,北京100076;北京宇航系统工程研究所,北京100076【正文语种】中文【中图分类】TB3320 引言高强度复合材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀性好等优点，在航空航天领域得到了越来越广泛的应用［1］。
纤维缠绕复合材料气瓶具有质量轻、绝热性能好、先泄漏后爆破等优点［2］。
随着我国宇航技术的发展，对运载器提出了重复使用的要求，这对复合材料气瓶的重复使用性能提出了较大挑战。
其技术难点主要包括复合材料气瓶疲劳寿命要求高、质量轻、工作压力高等［3-4］。
目前，航天用高压复合材料气瓶的重复使用次数一般不超过100次。
本文在综合考虑疲劳寿命、气瓶强度、质量、经济性、工艺性几个方面的情况下，提出了一种可重复使用轻质高压复合材料气瓶，对其结构形式、材料选择、内衬结构和复合材料铺层进行了设计，利用有限元软件对其强度、寿命、静力状态和自紧压力进行了仿真分析，开展了复合材料气瓶爆破试验和液压循环疲劳试验，对气瓶强度和重复使用性能进行了验证。
气瓶的材料及其特点随着现代科技的不断发展，各行各业都离不开高压气体的使用，比如化工、航空、航天、医疗等领域。
高压气体的存储和运输主要使用气瓶，而气瓶的材质是重要考量因素之一。
本文将对目前常见的气瓶材料进行分析和探讨，深入了解气瓶的材质及其特性。
1. 钢质气瓶钢质气瓶是目前应用最广泛的材料之一，主要用于储存常见的气体，如氧气、氮气、氩气等。
钢质气瓶的材质硬度高，具有良好的耐压性能，可以承受较高的气压。
另外，钢质气瓶的密度较高，刚性好，抗磨损能力强，通常用于长期储存和运输高压气体。
钢质气瓶主要使用的是高质量的低合金钢或合金钢，材质较轻，强度高，使用寿命较长。
钢质气瓶采用冷模冷拔成型技术，制成一次型钢筒，之后焊接密封头、支架、底板、柄等零部件，具有较高的安全性、可靠性和稳定性，不易爆炸。
2. 铝合金气瓶铝合金气瓶是应用比较广泛的气瓶材料之一，主要用于储存可燃气体和氧气等。
铝合金气瓶具有质量轻、强度高、塑性好、成形性好、耐腐蚀、导热性能好等特点，其中最重要的是其轻量高强的特性，灵活便捷。
与钢质气瓶相比，铝合金气瓶具有较好的热导性和导电性，不易生成静电和磁场，大大减少了引起爆炸的风险。
不过，铝合金气瓶也有其缺点，如耐热性、耐腐蚀性差以及易受到冲击等，需谨慎使用。
3. 碳纤维增强复合材料气瓶碳纤维增强复合材料气瓶是目前新兴的气瓶材料，它主要是由高强度碳纤维和热固性树脂组成的复合材料。
相比传统的钢质气瓶和铝合金气瓶，碳纤维复合材料气瓶具有更高的强度和较低的重量，同时具有优异的耐腐蚀性、耐磨性和耐热性等特点。
与其他气瓶材料相比，碳纤维复合材料气瓶有较好的疲劳性能和抗裂性能。
然而，由于生产成本较高和使用寿命较短等因素，目前并未完全替代钢质气瓶和铝合金气瓶使用。
4. 玻璃钢气瓶玻璃钢气瓶是一种相对较新的气瓶材料，由玻璃纤维和热固性树脂制成，具有较高的强度、重量轻、耐酸碱性和良好的耐腐蚀性。
由于其施工工艺简单、成型时间短，使用温度范围广泛等特点，玻璃钢气瓶被广泛应用于油气储运、石化、化工等行业。
6.8L碳纤维气瓶技术参数1.概述在如今的现代社会中，气瓶已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
而碳纤维气瓶作为气体贮存、输送的一种新型材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，越来越受到人们的青睐。
本文将在此基础上详细介绍6.8L碳纤维气瓶的技术参数。
2.6.8L碳纤维气瓶的基本参数2.1 容量：6.8升2.2 最高使用压力：30MPa2.3 寿命：15年2.4 材质：碳纤维复合材料2.5 重量：2.6kg2.6 外径：168mm2.7 长度：557mm2.8 充装介质：空气、氧气、氮气等3.6.8L碳纤维气瓶的技术特点3.1 轻质高强：碳纤维气瓶采用碳纤维复合材料制作，相比传统的钢瓶具有更轻的重量和更高的强度，具有更好的耐爆炸性能。
3.2 高安全性：碳纤维气瓶具有优异的耐腐蚀性能，能够避免气体的泄漏和外界环境对气瓶的侵蚀，保障使用者的安全。
3.3 长寿命：碳纤维气瓶的寿命一般可达15年，远远超过普通钢瓶的使用寿命。
4.6.8L碳纤维气瓶的应用领域4.1 医疗卫生：碳纤维气瓶可用于医用氧气瓶、呼吸器等医疗设备，使用方便、安全可靠。
4.2 工业领域：碳纤维气瓶可用于工业气体储存以及各种工业设备的气体供应。
4.3 潜水运动：碳纤维气瓶的轻质高强特性使得它成为潜水运动员的理想选择，轻便的特点带来更为舒适的潜水体验。
5.6.8L碳纤维气瓶的维护与保养5.1 定期检验：碳纤维气瓶在使用过程中需要定期进行检测，以确保其安全可靠。
5.2 避免碰撞：碳纤维气瓶在使用和存放过程中应避免碰撞、摔落，以免影响其使用寿命。
5.3 防潮防晒：气瓶在存放时需要避免阳光直射和潮湿环境，以防气瓶表面受损和锈蚀。
6.结语6.8L碳纤维气瓶作为一种新型的气体贮存装置，具有众多优点，涵盖了医疗、工业、休闲等多个领域的应用。
然而，在使用过程中，用户也需要严格按照相关规定进行使用和维护，以确保其安全可靠性。
以上就是本文对6.8L碳纤维气瓶技术参数的详细介绍，希望能够带给读者一些有益的信息。
常用复合材料的许用应力1. 引言复合材料是由两种或更多不同性质的材料通过某种粘结剂结合而成的材料。
由于其独特的物理和化学性质，复合材料在许多领域具有广泛的应用。
复合材料的许用应力是指在给定的条件下，复合材料能够承受的最大应力值。
本文将讨论几种常用复合材料的许用应力。
2. 碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料是一种常见且广泛应用的复合材料。
其具有高强度、低密度、优异的热稳定性和良好的耐腐蚀性等优点。
碳纤维增强复合材料的许用应力主要受到以下因素的影响：- 纤维与基体的粘结强度- 纤维的取向和分布- 纤维体积分数通常情况下，碳纤维增强复合材料的许用应力可以通过实验测试获得。
根据实验数据，可以绘制出应力-应变图，从而确定许用应力的取值范围。
3. 玻璃纤维增强复合材料玻璃纤维增强复合材料是一种常用于建筑和汽车等领域的复合材料。
它具有良好的电绝缘性、耐腐蚀性和低热膨胀系数等特性。
玻璃纤维增强复合材料的许用应力取决于以下因素：- 玻璃纤维的含量和排列方式- 纤维和基体的粘结情况- 复合材料的含水率与碳纤维增强复合材料不同，玻璃纤维增强复合材料的许用应力通常可以通过理论计算得出。
根据复合材料的结构和材料特性，可以使用力学模型推导出许用应力的公式。
4. 金属基复合材料金属基复合材料是由金属基体以及其他材料（例如陶瓷颗粒或纤维）组成的复合材料。
它具有良好的高温强度和耐磨性能，在航空航天和能源行业得到广泛应用。
金属基复合材料的许用应力受到以下因素的影响：- 组分材料的选择和配比- 复合材料的热处理工艺- 复合材料的孔隙率许用应力的确定通常需要通过实验测试和数值模拟相结合的方法进行。
通过力学测试和应力分析，可以评估金属基复合材料在特定应力条件下的性能。
5. 结论常用复合材料的许用应力是设计和使用这些材料的重要参考指标。
不同类型的复合材料在许用应力的确定上存在一定的差异。
碳纤维增强复合材料通常需要通过实验测试获得许用应力的数据；玻璃纤维增强复合材料可以使用理论计算得出许用应力；金属基复合材料的许用应力评估需要综合考虑实验和数值模拟结果。
车用铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶设计要点刘亚君;金玉娟【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2009(026)012【摘要】国家"十一五"863计划将铝内胆碳纤维全缠绕气瓶做为未来车载储氢容器的研究方向;适当增加内胆壁厚,增长裂纹扩展"路程",提高疲劳寿命;铝内胆设计承载比例不宜小于12%;根据内胆材料应力-应变曲线、内胆和纤维的力学性能确定内胆设计应力取值为σa=σbσsa/σsb并可计算出内胆设计壁厚;内胆封头型式以矢高为1.25R/2左右的椭球为宜;螺旋缠绕角从与瓶颈相切的最小缠绕角开始逐渐增大,避免纤维严重堆积、架空,有效利用极孔处堆积纤维的过剩强度,提高成层质量和强度利用率;碳纤维首层张力不宜超过65 N/mm2,首次递减量不宜超过上一层纤维张力的4.0%;纤维排列状态设计应充分考虑工艺的可行性,确保稳定、高质量地实现设计;通过自紧,内胆应至少获得不小于1.3%的应变,最小理论自紧压力可近似计算为PZ=kPba/A.【总页数】6页(P28-33)【作者】刘亚君;金玉娟【作者单位】齐齐哈尔华安特种容器有限公司,黑龙江,齐齐哈尔,161046;齐齐哈尔华安特种容器有限公司,黑龙江,齐齐哈尔,161046【正文语种】中文【中图分类】TQ051.3;TQ050.2【相关文献】1.车用70MPa压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶的应力分析 [J], 詹合林;朱冰冰;岳增柱;陈清利2.铝内胆碳纤维全缠绕气瓶铺层设计 [J], 肖杰立;饶聪;沈伟;陆伟国3.车用氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶及其生产工艺 [J], 本刊编辑部4.50L碳纤维全缠绕增强铝内衬储氢复合气瓶 [J],5.铝内胆碳纤维全缠绕气瓶疲劳应变监测方法 [J], 徐燕生;刘祚时;王汉奎;俞跃因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
碳纤维复合材料的应力分析碳纤维复合材料（CFRP）是一种具有高度强度和刚度的材料，因此在许多工业领域中得到广泛应用。
然而，由于它的复杂结构和异向性，CFRP的应力分析相比于传统金属和塑料材料更加复杂。
在本文中，我们将探讨CFRP的应力分析和解决这些挑战的方法。
一、CFRP的特性和结构CFRP是由轻质碳纤维和高性能树脂混合而成的复合材料。
它的特性之一是具有高强度和刚度，这使得它能够承受高负荷和高压力。
此外，CFRP还具有低重量和防腐蚀性能等优点，这使得它在许多领域中得到了广泛应用，如航空航天、汽车、运动器材等行业。
CFRP的结构非常复杂，通常由多个异向性碳纤维纤维层和树脂基材组成。
由于其异向性，CFRP的整体强度和刚度取决于外载荷方向。
此外，CFRP的结构还具有各种特殊设计和制造方法，如预浸料（prepreg）制造、自动化制造和覆盖层铺放技术等。
二、CFRP的应力分析挑战由于CFRP的特性和结构的复杂性，对其应力分析进行预测和计算的挑战很大。
其中的一些挑战包括：1. 异向性：CFRP的强度和刚度取决于外载荷方向，因此对于CFRP的应力分析而言，需要考虑其异向性。
2. 多层复杂结构：由于CFRP的多层复杂结构，其应变和应力分布也非常复杂。
因此，对于CFRP的应力分析而言，需要考虑多层结构的影响。
3. 预浸料制造：CFRP的预浸料制造使得树脂基材具有不同的化学性质和物理特性。
这导致了CFRP的应力分析的复杂性。
4. 覆盖层铺放技术：CFRP的覆盖层铺放技术是一种直接在零件表面铺放碳纤维的方法。
由于其手工铺放和机器铺放的异步性，这种技术也增加了CFRP应力分析的复杂性。
以上所有挑战都表明，对于CFRP的应力分析而言，需要使用高级数学模型和计算方法来预测其应变和应力分布。
三、CFRP的应力分析方法CFRP的应力分析方法可以分为两类：实验测量和数值模拟。
实验测量方法是利用测试设备（如应变计和应力计）来测量CFRP的应变和应力。
