【摘要】：機(jī)械設(shè)計(jì)理論的發(fā)展與新材料的發(fā)明和應(yīng)用有緊密的關(guān)系,研究新材料在機(jī)械中的應(yīng)用是當(dāng)今機(jī)械設(shè)計(jì)理論的一個(gè)重要內(nèi)容。復(fù)合材料CNG(Compressed Natural Gas)氣瓶是先通過拉伸、旋壓等工藝制成鋁膽,并在鋁膽外采用高強(qiáng)度纖維纏繞,國外已經(jīng)用它來取代鋼制氣瓶,近年來,我國也在對(duì)復(fù)合材料氣瓶進(jìn)行研制,并逐步推廣使用。本文的研究工作是北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.2012007)的一部分,旨在研究纖維纏繞復(fù)合材料CNG氣瓶的力學(xué)性能,結(jié)合實(shí)驗(yàn),并綜合運(yùn)用有限元分析方法建立復(fù)合材料殼體模型,從而建立了一套適用于所有復(fù)合材料氣瓶力學(xué)性能分析的計(jì)算方法。 本文首先從氣瓶的殼體理論分析入手,分析了氣瓶的彈性力學(xué)幾何方程、氣瓶的內(nèi)力以及無矩理論解,從而為接下來的力學(xué)性能分析奠定了理論基礎(chǔ)。 本文使用非電量電測(cè)法分別對(duì)復(fù)合材料CNG氣瓶和內(nèi)襯鋁膽的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)試,并得出其應(yīng)變分布曲線。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出復(fù)合材料CNG氣瓶在壓力加載下的軸向應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)變主要發(fā)生在筒身部分,具有較好的對(duì)稱性,而且較為均勻,在封頭和過渡區(qū)域的應(yīng)變比較小。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反應(yīng)出來的規(guī)律,對(duì)復(fù)合材料CNG氣瓶的結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能有了較完整的定性和定量分析,為有限元分析計(jì)算中選擇線性的復(fù)合材料本構(gòu)關(guān)系提供了可靠的依據(jù)。 本文分別對(duì)復(fù)合材料CNG氣瓶及其鋁膽進(jìn)行建模和分析計(jì)算。通過對(duì)其內(nèi)襯鋁膽的建模及其分析計(jì)算,得出鋁膽的工作應(yīng)力水平是影響復(fù)合材料CNG氣瓶工作性能的關(guān)鍵因素之一。在使用美國ANSYS公司開發(fā)的有限元分析軟件對(duì)復(fù)合材料CNG氣瓶建模的過程中,采用殼體單元shell99成功的實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料六層殼體結(jié)構(gòu)的建模,并能體現(xiàn)其較為復(fù)雜的纏繞角度;同時(shí),用溫度等效法實(shí)現(xiàn)了預(yù)緊力在ANSYS分析計(jì)算中的添加。通過預(yù)緊壓力處理,實(shí)現(xiàn)了在零內(nèi)壓條件下,復(fù)合材料CNG氣瓶的內(nèi)襯鋁膽處于其壓縮屈服極限應(yīng)力的60～95%理想應(yīng)力范圍;且預(yù)緊壓力處理后,顯著降低了工作壓力條件下氣瓶內(nèi)襯鋁膽的應(yīng)力水平,其最大Von-Mises應(yīng)力由159.5 MPa下降到80.6 MPa。通過分析計(jì)算得出復(fù)合材料層和預(yù)緊力的處理對(duì)內(nèi)襯鋁膽的承受能力所產(chǎn)生的影響,從而實(shí)現(xiàn)了提高疲勞壽命的目的,為復(fù)合材料CNG氣瓶的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可行的計(jì)算方法和理論依據(jù)。 本文最后參考以往復(fù)合材料相關(guān)資料,對(duì)復(fù)合材料CNG氣瓶的設(shè)計(jì)及破壞機(jī)理分析進(jìn)行了探討。
【圖文】：

北方!幾業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文對(duì)正行程和反行程測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單描點(diǎn)，得出線形如圖3一巧和3一16所示。屯壓mv圖3一15正行程測(cè)量數(shù)據(jù)曲線圖上mV圖3一16反行程測(cè)量數(shù)據(jù)曲線圖

北方!幾業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文對(duì)正行程和反行程測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單描點(diǎn)，得出線形如圖3一巧和3一16所示。屯壓mv圖3一15正行程測(cè)量數(shù)據(jù)曲線圖上mV圖3一16反行程測(cè)量數(shù)據(jù)曲線圖
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：TH49

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 馮剛;徐開杰;周才根;;復(fù)合材料氣瓶的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用研究[J];工程塑料應(yīng)用;2011年07期

2 高龍士;馮剛;;復(fù)合材料CNG氣瓶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究[J];工程塑料應(yīng)用;2012年01期

3 張永明;李培寧;;纖維環(huán)向纏繞復(fù)合材料氣瓶沖擊損傷容限研究[J];壓力容器;2011年10期

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1 黃海青;纖維纏繞鋁內(nèi)襯復(fù)合氣瓶的有限元分析[D];大連理工大學(xué);2011年

2 郭亞芳;CNG復(fù)合材料纏繞氣瓶的安全分析[D];華南理工大學(xué);2011年

3 盛周紅;全纏繞復(fù)合氣瓶有限元參數(shù)化研究[D];武漢理工大學(xué);2007年

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本文編號(hào)：2653862