碳纤维缠绕压力容器动力特性有限元分析

摘要

目的 研究碳纤维缠绕压力容器的破坏机理,分析碳纤维缠绕压力容器动力爆破情况,预测容器的爆破压力并评估其安全可靠性.方法 结合复合材料层合板力学性能的研究成果并将ANSYS/LS-DYNA成熟的有限元模拟失效方法引进到压力容器水压爆破动力分析中.结果 求得某2.0L压力容器在线性匀速加载情况下,采用Chang-Chang首层失效模型的爆破压力值为69.8 MPa,爆破时间为加载后的3.87 s,采用Chang-chang全部层失效模型的爆破压力值为77.1 MPa,爆破时间为加载后的3.95 s,采用Tsai-wu刚度退化模型的失效压力值为78.04 MPa,失效时间为加载后的3.902 s,该三个失效压力值与现场试验值80.6MPa的误差在合理范围内,并且得出采用Tsai-wu刚度退化模型计算的失效压力值与现场试验值的误差为3.18％,较适合该情况的模拟.结论 采用ANSYS/LS-DYNA得到了容器在水压动力爆破时复合材料逐层破坏结果,数值模拟的爆破压力较保守,提供了一定的安全储备,适于工程应用.