具有金属内衬的纤维缠绕复合容器的结构分析

摘要

纤维缠绕高压复合容器具有许多优点而应用在航空和航天工程领域,例如:火箭发动机箱体,高压氧气或氢气储存器等.该复合容器通常由金属内胆和外层缠绕的高强度纤维增强复合材料组成,.该文旨在为具有金属内衬的纤维缠绕复合容器的参数设计提供分析模型、方法及工程软件.论文主要内容是:(1)对复合容器分析国内外研究的概述;(2)复合容器的几何表征方法及工艺中若干力学问题;(3)复合容器结构分析的物理和几何非线性有限元列式及其纤维层的等效本构关系;(4)复合容器的破坏类别;(5)ANSYS程序的二次开发;(6)典型复合容器的数值讨论.该论文工作将对工程界复合容器设计和分析工作者具有参考价值.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1 概述

1.2 具有金属内衬的复合容器分析理论及国内外研究现状

1.2.1复合材料层合板理论

1.2.2复合容器分析方法

1.2.3复合容器成型工艺分析

1.3 本文的主要工作

2 几何特征和预应力效应

2.1 均衡型缠绕

2.2 封头纤维堆积

2.3 均衡型等应力封头

2.4 纤维缠绕预紧张力

3 基本理论与单元推导

3.1 轴对称有限元列式

3.1.1轴对称弹塑性有限元列式

3.1.2轴对称几何非线性有限元列式

3.2 纤维缠绕层轴对称单元等效本构

3.3 轴对称接触单元有限元列式

3.4破坏分析理论

3.4.1金属内衬的失效

3.4.2复合材料缠绕层的破坏

3.4.3金属内衬和纤维缠绕层界面的破坏

4 在ANSYS软件上的程序实现

4.1 ANSYS程序简介及其功能模块

4.1.1 ANSYS程序发展与系统概况

4.1.2 ANSYS程序的特点

4.1.3 ANSYS程序的数据接口程序

4.1.4 ANSYS程序的二次开发

4.2 缠绕层轴对称单元的程序实现

4.2.1基本算法描述

4.2.2流程图

4.3 复合容器分析过程的程序实现

5 具有金属内衬的纤维缠绕复合容器的结构分析

5.1 计算模型

5.2 部分缠绕复合容器的结构分析

5.3 全缠绕复合容器的结构分析

6 总结与展望

参考文献

致谢