大型纤维缠绕复合材料壳体的结构—工艺设计问题

基于网格理论,可根据工艺参数预估壳体的理论水爆压强。通过对复合壳体点火试验后解剖测绘,同时结合先前水爆试验结果,反算得出缠绕纤维的实际发挥强度,从而对纤维的强度发挥系数进行修正,为后续类似复合壳体纤维缠绕提供一定的指导作用。

本文介绍纤维缠绕复合材料管件的图型形成过程,并研究了影响图型的参数及纤维波动程度的计算。研究表明,缠绕图型主要取决于上一循环和下一循环在芯模周向上相隔的等分角数sp及纤维铺设到紧邻第一次循环铺设的纤维时所完成的循环数nc。nc及缠绕角的变化都会影响到纤维波动程度。

为了更简便地计算出纤维缠绕复合管道在内压作用下各结构层承受的应力,本文主要采用弹性力学及三维弹性材料各向异性理论,对纤维缠绕复合材料管的结构进行力学模型简化,推导出简便适用的计算复合管道的应力公式。将本文得出的公式用ansys软件通过实例进行验证,结果表明本文推导的公式与ansys分析结果符合良好,有一定的实用价值。

主要采用弹性力学及三维弹性材料各向异性理论,时纤维缠绕复合材料管的结构进行力学模型简化,推导出简便适用的计算复合管道的应力公式。将得出的公式用ansys软件通过实例进行验证,结果表明本文推导的公式与ansys分析结果符合良好,有一定的实用价值。

1气瓶的基本结构目前车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶有两种结构,其中常用的一种如图1所示。气瓶由三部分组成:内胆;复合材料增强层;外保护层。图1内胆缠绕气瓶内胆的选取非常重要,由于直接与介质相接触,首要条件就是介质对内胆不会产生腐蚀,同时还要满足其它一些要求如:便于加工、耐高温、耐高压、要

针对纤维缠绕/金属内衬复合材料气瓶结构复杂、参数多及设计分析困难等问题,提出了一种面向设计的纤维缠绕/金属内衬复合材料气瓶应力分析方法,并通过一个碳纤维缠绕/铝合金内衬柱形复合材料气瓶的应力分析,评估了分析方法的有效性。

本文介绍了数控缠绕机发展状况和应用,阐述了多坐标纤维复合材料数控缠绕机的原理,并分别就缠绕机的机械系统、主控制系统和在线监控系统和缠绕工艺软件等进行了深入研究。

某复合材料气瓶的缠绕工艺

随着缠绕角的增大,纤维缠绕管件在拉伸时,应力应变显示出非线性关系。本文针对这一现象,引用hahn和tsai的非线性理论,采用片段线性的近似计算法计算纤维缠绕复合材料管件在轴向拉伸时的应力应变关系,计算结果与实验结果有较好的对应关系。

在自制的多向纤维缠绕设备上,制作了多个多向纤维缠绕复合材料管,并分别对5个试件进行了径向压缩力学性能的测试,对测试结果进行了分析。结果显示,未添加轴向增强层(即0°纤维层)的试件刚度最小。

根据复合材料强度准则中应用最广的tsai-wu失效准则,利用ansys有限元分析软件,对纤维缠绕复合材料管道等径三通强度进行分析.分析结果表明,复合材料管道三通在承受内压时,在主管和支管的连接处会产生应力集中,纤维的缠绕方向不同三通的强度因子会各异,缠绕角在50°～60°时复合材料管道三通的强度最好,此结论可以为纤维缠绕复合材料管道三通的设计制造提供一种有效的参考.

为解决复合纤维缠绕制品三维设计仿真、应力和变形分析问题,以复杂三维模型构造方法为研究对象,提出基于三维模型数据重构的程序驱动方法创建三维大型缠绕纤维模型.首先以网格化的数据结构作为三维模型中心线上控制点坐标信息的组织形式;然后以圆柱形螺旋方程为基础,结合几何图形变换的方法生成全部控制点坐标;再根据用户输入的缺陷参数,由缠绕于芯轴上的第1层纤维起逐层向外查找缺陷产生的位置并依次修正控制点的坐标参数,生成有缺陷的纤维缠绕模型.该方法将较为复杂的圆锥螺旋线缺陷计算问题转变为对三维圆柱螺旋线上点坐标计算和几何图形变换问题,简化了中心线上控制点的定位坐标计算和逻辑关系判定.实验结果表明,文中方法可以创建任意长度纤维缠绕时具有多个缠绕缺陷,且单层轴向累计误差小于等于1.5倍纤维直径的复合缠绕缺陷模型.

纤维增强复合材料具有比刚度高、比强度大的轻量化优势,以及可设计性强、耐腐蚀性优、抗疲劳性好等显著特点,可作为武器装备轻量化设计的绝佳选材。在对迫击炮身管进行受力分析的基础上,提出了采用金属内衬外加碳纤维复合材料增强层的迫击炮复合身管双层结构,介绍了用于迫击炮复合身管加工的缠绕设备和缠绕工艺,基于实验结果,综合分析了碳纤维材料的选择、铺层顺序、纤维缠绕张力等工艺对迫击炮复合身管承压性能的影响,可为火炮复合材料身管以及复合材料承载圆筒的结构设计与加工提供参考。

碳纤维缠绕式复合气瓶是使用在正压式空气呼吸器上,提供呼吸用空气的重要附属设备。本文对复合气瓶的定期检验与评定作了全面介绍。

采用网格理论对缠绕壳体进行了工艺参数的设计计算,计算出缠绕工艺参数,结合微机控制缠绕软件编制程序,提出了强度设计、线型控制、变形校核三位一体的设计思想,确定了缠绕工艺设计的内容、计算方法及所需和所应产生的参数结构,对包络线轨迹进行平滑处理,控制缠绕线型,用实验进行壳体筒身段的强度设计和变形(强度)校核,结果表明理论分析与实验结果能够较好地相互吻合,壳体的爆破压强误差较小,其值小于5%。

提出了一种等效降温法,将缠绕张力产生的预应力等效模拟为复合材料层降温产生的预应力,通过理论推导得到了缠绕预应力与复合材料层降温量之间的计算公式,基于等效降温法并利用通用有限元软件研究了缠绕张力对环缠绕复合材料气瓶应力的影响。结果表明:随着缠绕预应力的增大,环缠绕复合材料气瓶内胆工作应力减小、复合材料层工作应力增大;缠绕张力预应力较大时会抵消自紧工艺效果,气瓶工作应力和纤维应力比主要受缠绕张力影响,在进行有限元应力分析和纤维应力比计算时应考虑缠绕张力作用。

面对日益恶化的环境和石油资源的枯竭,使得作为清洁能源应用典型的cng气瓶的使用逐年增加,cng汽车在国内逐渐推广使用。cng-2气瓶由于其质量轻、强度高和安全可靠等优点得到了广泛的应用。使用过程中,cng气瓶也出现了一些故障和爆炸事故,从而导致气瓶的安全分析和研究越来越受到关注。而自紧则是对气瓶安全的第一道防线,如何选择合适的自紧压力成为重中之重。本文以cng-2气瓶为研究对象,以ansys为分析工具,详细说明了自紧压力的优化过程。

采用耦合的有限元-无网格galerkin数值算法,计算了碳纤维增强型复合材料缠绕修复的压力管道横向贯穿裂纹以及横向椭圆型表面裂纹前沿应力强度因子,据此分析了碳纤维增强型复合材料套袖长度对压力管道裂纹应力强度因子的影响。结果表明,本文所提算法能有效计算三维问题应力强度因子;含裂纹压力管道采用碳纤维增强型复合材料缠绕修复后,裂纹前沿的应力强度因子显著降低;修复套袖越长,修复效果越显著,但套袖长度超过一定范围后,应力强度因子的降低趋于缓慢,对修复效能的进一步提高贡献甚微。

分析纤维复合材料在切断、外圆加工、钻孔的过程中存在的缺陷及其原因,并提出相应的改进措施,阐述优化纤维复合材料高效加工的对策.

提出一种新型纤维复合材料弯管缠绕机的设计,详细介绍了缠绕机的结构、组成和实现方式,并对控制系统中缠绕路径的设计和计算等关键技术进行了深入探讨。弯管模往复摆动,供料系统的吐丝头绕管模旋转,形成缠绕运动,基本实现了测地环形缠绕和管壁厚度均匀。此型复合材料弯管缠绕机既实现了自动缠绕成型,又可以保证制品的质量,解决了复合材料弯管缠绕过程的关键技术难题。

提出一种新型纤维复合材料弯管缠绕机的设计，详细介绍了缠绕机的结构、组成和实现方式，并对控制系统中缠绕路径的设计和计算等关键技术进行了深入探讨。弯管模往复摆动，供料系统的吐丝头绕管模旋转，形成缠绕运动，基本实现了测地环形缠绕和管壁厚度均匀。此型复合材料弯管缠绕机既实现了自动缠绕成型，又可以保证制品的质量，解决了复合材料弯管缠绕过程的关键技术难题。

根据航天器用复合材料气瓶高可靠性特点,对复合材料气瓶的可靠性进行了分析,气瓶的失效模式主要为泄漏和爆破,影响因素分别为疲劳寿命和承压能力,其中疲劳寿命主要受内衬影响,而承压能力主要由复合层性能决定。最后对气瓶的可靠性试验进行了描述,举例说明了气瓶的可靠度试验验证方法。