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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。
复合材料气瓶冲击力学性能分析近年来，随着工业和科技的不断发展，复合材料气瓶作为储存和运输压缩气体的重要设备，在航空航天、汽车制造、能源等领域得到了广泛应用。
然而，在使用过程中，复合材料气瓶可能会受到外界冲击而发生破裂或爆炸，给人身安全和财产造成严重威胁。
因此，对复合材料气瓶的冲击力学性能进行分析和研究具有重要意义。
首先，复合材料气瓶的冲击力学性能与其材料特性密切相关。
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成，具有良好的强度和刚度。
与传统金属材料相比，复合材料具有更高的比强度和比刚度，能够承受较大的冲击负荷。
此外，复合材料还具有优良的耐腐蚀性和疲劳寿命，能够在恶劣环境下长时间使用。
其次，复合材料气瓶的冲击力学性能还与其结构设计密切相关。
合理的结构设计可以提高气瓶的冲击承载能力和抗冲击性能。
例如，采用分层叠加或纤维增强等设计手段，可以增加复合材料气瓶的抗冲击性能和耐久性。
同时，通过优化气瓶的壁厚和强度分布，可以减轻气瓶的自重，提高其携带和使用的便利性。
此外，复合材料气瓶的冲击力学性能与冲击载荷的类型和强度密切相关。
冲击载荷可以分为静态冲击和动态冲击两种类型。
静态冲击是指气瓶在静止状态下受到的冲击载荷，动态冲击是指气瓶在运动状态下受到的冲击载荷。
不同类型和强度的冲击载荷对复合材料气瓶的冲击破坏机理和性能表现会产生不同的影响。
综上所述，复合材料气瓶的冲击力学性能分析是确保其安全可靠运行的重要环节。
通过研究复合材料气瓶的材料特性、结构设计和冲击载荷等因素，可以优化气瓶的设计和制造工艺，提高其抗冲击性能和耐久性。
这将为复合材料气瓶在各个领域的应用提供可靠的保障，推动相关行业的发展和进步。
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。
碳纤维缠绕复合材料气瓶的有限元数值分析的开题
报告
一、课题背景
气瓶是一种高压容器，主要用于汽车、石化、航空航天等领域。
传统的气瓶主要采用金属材料制造，但是金属材料气瓶有缺陷，例如：容易腐蚀、易受到额外的外力等等。
为了弥补金属材料气瓶的不足，人们研发出了碳纤维绕制复合材料气瓶。
碳纤维绕制复合材料气瓶具有重量轻、高强度、耐腐蚀等优势。
二、研究目的
本课题的主要目的是通过有限元数值分析，对碳纤维绕制复合材料气瓶进行研究，以期进一步优化气瓶的结构。
三、研究内容
1.建立碳纤维绕制复合材料气瓶的有限元模型；
2.通过有限元数值分析，研究不同条件下碳纤维绕制复合材料气瓶的力学性能和变形情况；
3.分析气瓶的失效原因，优化气瓶的设计方案。
四、拟采取的研究方法
1.建立气瓶有限元模型；
2.采用ANSYS软件进行有限元数值分析；
3.引入在线监控和可视化技术，对气瓶进行实时检测和分析。
五、预期成果
本课题的预期成果为：
1.建立碳纤维绕制复合材料气瓶的有限元模型；
2.得出不同工况下气瓶的力学性能和变形情况；
3.分析气瓶的失效原因，优化气瓶的设计方案。
六、结论
本课题的研究结果将为碳纤维绕制复合材料气瓶的设计和制造提供有力支持，具有较高的实用价值。
浅析壁金属内衬复合气瓶自紧压力的有限元分析及性能付红栓李赵金立玺发布时间：2021-09-13T00:48:47.987Z 来源：《中国科技人才》2021年第14期作者：付红栓李赵金立玺[导读] 分析自紧压力对壁金属内衬复合材料气瓶性能的影响，主要使用有限元分析法模拟气瓶的自紧过程，进行水压疲劳及爆破试验。
上海市特种设备监督检验技术研究院上海 200062摘要：分析自紧压力对壁金属内衬复合材料气瓶性能的影响，主要使用有限元分析法模拟气瓶的自紧过程，进行水压疲劳及爆破试验。
试验结果表明，自紧压力对壁金属内衬复合材料气瓶的疲劳及爆破性能具有较大的影响。
自紧压力过大的情况下，气瓶容易出现损伤，进而降低气瓶的爆破强度，同时，壁内衬会提前进入屈服状态，疲劳寿命会下降。
关键词：有限元分析；自紧压力；壁金属内衬复合气瓶；性能对于壁金属内衬复合气瓶，其性能的影响因素最重要的就是自紧压力。
通过自紧压力处理，复合材料气瓶内应力会得到降低，有效提升复合气瓶的性能，同时保证金属内衬处于压应力状态，增强疲劳性能。
通过有限元分析，对自紧压力下复合材料气瓶性能变化进行研究，能够为其应用提供可靠的参考。
1.试验1.1试验材料和设备试验所使用的材料主要有：氨类固化剂、缠绕环氧树脂、碳纤维、60L薄壁金属内衬，铝合金，铝合金总长度为660mm，直筒段的厚度为1.4mm，直径为403mm，椭圆封头，短轴长度为150mm，级孔直径为50mm。
使用到的设备主要有：自制的水压试验工装，4轴联动缠绕机、其他缠绕设备、万能材料试验机、声发射装置。
1.2制备气瓶使用湿法缠绕工艺制备壁金属内衬复合气瓶，其中复合材料层的厚度为15mm，气瓶螺旋缠绕的角度为14°、21°、25°、30°、35°、42°，筒身段的环向缠绕角度为89°。
复合材料的每层厚度为0.2mm，纤维体积含量大概60%。
