金属内衬碳纤维全缠绕气瓶的有限元分析

本文通过有限元的分析方法,对具有铝合金内衬的碳纤维全缠绕复合材料气瓶的结构进行了剖析,建立了较为合理的复合材料气瓶有限元模型,对气瓶模型的基本建模分析过程进行了阐述和研究。采用ANSYS参数化编程语言(APDL)对复合材料气瓶进行参数化建模,参考美国制定的DOT-CFFC标准《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》,对公称工作压力、试验压力和最小爆破压力下的碳纤维缠绕铺层和铝合金内衬的各向应力分布进行了数值模拟和计算,并预测了复合材料气瓶的实际爆破压强。     

纤维缠绕车载CNG气瓶的结构设计及其有限元分析

根据薄膜理论分析了气瓶封头的椭球比对气瓶强度和稳定性的影响,依据网格理论,结合气瓶容积、使用空间以及实际生产工艺等约束条件,确定了气瓶的内衬几何尺寸、纤维缠绕层的纤维厚度和缠绕角度。最后利用ANSYS中的参数化设计语言(APDL),分别对各种工况下的强度、稳定性进行了仿真模拟和数值计算分析。结果表明,设计的70L纤维缠绕车载CNG气瓶的强度、稳定性满足铝内衬全缠绕碳纤维增强复合材料气瓶的基本要求(DOT-CFFC)。     

钢丝缠绕复合气瓶的安全设计及有限元分析

针对钢丝缠绕气瓶的应力与应力分布的优化,利用有限元分析软件ANSYS对钢丝缠绕气瓶进行建模。考虑自紧和不自紧两种情况,对气瓶受力进行对比分析,得出自紧可以使得钢丝缠绕复合气瓶的受力得到明显优化。对不同直径的钢丝所缠绕的气瓶进行计算,分别得出了能保证气瓶安全性的缠绕层数,同时对不同直径下的安全缠绕层数进行质量对比,得出用0.35 mm直径的钢丝缠绕9层以后,在20 MPa的工作压力下不仅能保证直径为342.8 mm的气瓶的安全,而且缠绕层的质量相对较轻。     

CNG-2环向缠绕气瓶纤维缠绕残余预应力的优化设计

复合材料气瓶压力容器的纤维缠绕预应力对容器的性能有很大的影响,合理设计纤维预应力可提高复合材料容器的综合性能。借助ANSYS有限元软件,建立了带有纤维缠绕残余预应力的环向缠绕气瓶的有限元参数化模型。在模型中,将纤维缠绕层视为复合材料层合板。按照GB 24160—2009《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》的规定,并结合各工况下应力水平的要求建立数学模型,对环向缠绕气瓶的纤维缠绕残余预应力进行优化,得到纤维缠绕残余预应力的最优值,使内胆在工作压力下有较低的应力水平,提高了气瓶的可靠性。     

固定式燃料电池储氢气瓶的研制

以固定式燃料电池储氢气瓶的广泛应用为背景,对12L碳纤维全缠绕储氢气瓶的开发进行了研究。本文对CYD-128树脂浇铸体的拉伸性能进行了测试,同时开展了T700-12K/CYD-128复合材料NOL环的层间剪切试验。在此基础上,利用商业CADWIND软件,根据气瓶的技术指标对其进行了碳纤维的缠绕铺层设计,并利用ANSYS有限元应力分析,以对复合材料气瓶的缠绕工艺方案进行验证。根据设计的线型完成35 MPa高压储氢气瓶的缠绕,各项指标均满足使用要求。     

两种不同铝内衬碳纤维缠绕复合材料气瓶受力状况的对比分析

基于复合材料层合板弹塑性分析理论,参考DOT CFFC《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》标准,利用网格理论设计了容积70L的铝内衬碳纤维缠绕复合气瓶。在相同的预紧力和工作压力下,研究对比分析了两种不同型号铝合金6061和7075作为内衬的气瓶的受力状况。结果表明,铝合金6061作为内衬时,其内衬应力水平分布比较均匀,可以更好地发挥外缠碳纤维的高强度特性,且价格经济实惠,较7075更适合作为复合材料气瓶的内衬材料。     

船用新型复合高压气瓶设计与试验研究

利用10mm碳纤维增强复合材料环缠加强现役钢质气瓶,实现了船用新型复合高压气瓶的研制,并参照相关标准开展了水压、爆破、气密、疲劳等试验研究。结果表明,复合材料较好地分担了气瓶环向应力,爆破压力达到125MPa,经0~40MPa、12000次填充疲劳试验不发生破坏。试验表明复合气瓶设计合理,安全可靠性高,是实现船用新型高压气瓶研制的较好技术途径。     

钛合金内衬碳纤维缠绕气瓶水压后轴向缩短分析

针对钛合金内衬碳纤维缠绕压力气瓶水压试验后轴向缩短的现象,利用ANSYS有限元软件对其水压过程进行模拟计算,通过对气瓶筒身段及封头段各方向位移、应变计算结果的分析,明确了气瓶水压试验后轴向缩短是由封头处内衬外扩残余塑形变形引起的,利于此类气瓶结构设计的优化及尺寸稳定性的提高。     

复合材料气瓶内加热固化成型方法及数值模拟研究

采用有限元方法对由玻璃纤维增强环氧树脂复合材料和金属内衬组成的复合材料气瓶内固化成型工艺进行研究,利用ANSYS仿真软件开发了复合材料气瓶内固化过程的仿真程序,实现复合气瓶固化过程温度和固化度变化规律的数值模拟研究。结果表明,数值模拟与实际实验数据较吻合,算法准确有效;复合材料气瓶固化时的温度是由复合材料内层至外层逐渐传递的,固化时的峰值温度由内向外逐渐提高,气瓶也是逐层固化的,而且固化时间是由内向外逐渐变短。根据模拟结果分析了金属内衬材质、环境温度和复合材料厚度对温度和固化度变化规律的影响。结果表明,环境温度越高,固化时达到峰值温度的时间越早且峰值温度越低,开始固化的时间越早;复合材料越厚,达到峰值温度的时间越晚且峰值温度越高,开始固化的时间越晚;金属内衬材质对薄壁内衬的复合材料气瓶影响微小。     

内胆壁厚变化对环缠绕复合气瓶疲劳性能的影响

受气瓶用无缝钢管壁厚偏差影响,环缠绕复合气瓶内胆实际壁厚可能存在0~+30%的变化。内胆实际壁厚变化会影响复合气瓶的自紧效果,从而影响复合气瓶的抗疲劳性能。采用有限元方法对壁厚不同的钢质内胆玻璃纤维环缠绕复合气瓶进行了应力分析。结果表明,随着内胆壁厚增大,相同自紧压力下内胆预压缩应力减小,工作过程中内胆平均应力增大,这会减弱气瓶的抗疲劳性能;但内胆疲劳交变应力幅减小,这对气瓶的抗疲劳性能又有增强作用。因此,分别基于Goodman和SWT平均应力修正方程,对计算所得的平均应力和疲劳交变应力幅进行了等效处理,两种方法所得等效交变应力幅均随内胆壁厚增大而减小。这表明二者的共同作用对环缠绕复合材料气瓶的抗疲劳性能有小幅度的提高,内胆实际壁厚的增大不会降低环缠绕复合气瓶的抗疲劳性能。     

充气速率对全复合材料车用天然气气瓶强度的影响

以某全复合材料车用天然气气瓶为研究对象,针对气瓶充气过程中几种常见的速率,研究了充气速率对含缺陷在役气瓶强度的影响.首先,在气瓶的几个典型部位设计了不同长度和深度的损伤来模拟在役气瓶的缺陷,并建立了数值模型.然后运用子模型法,在不同的充气速率下对各个损伤部位进行计算和分析.结果表明,随着充气速率的增加,气瓶的应变率增大,损伤附近的等效应力明显增大.分析结果为今后充气速率的选取提供了一定的依据,同时也为气瓶强度的检验提供了参考.     

大容积钢质内胆环向缠绕气瓶的设计与应力分析

根据ISO 11515:2013标准,对大容积钢质内胆环向缠绕气瓶进行了设计,并论述了其与常规CNG环向缠绕气瓶的区别。采用有限元分析软件对设计进行了验证,根据有限元计算结果对其疲劳性能进行了预测。分析认为,该设计完全满足ISO 11515:2013对大容积钢质内胆环向缠绕气瓶的要求。     

钢外筒-FRP内筒复合材料烟囱在地震作用下的响应分析

用FRP内筒与钢外筒一起组成套筒式新型复合材料烟囱结构。然而,玻璃钢复合材料烟囱结构的分析较为罕见,目前还没有相应的设计规范,其设计和计算较为困难。结合ANSYS有限元分析软件应用振型分解反应谱法研究钢外筒-FRP内筒复合材料烟囱结构在地震作用下的动力特性和地震响应,应用Tsai-Wu强度比理论对其进行了校核,并与相同结构尺寸的钢烟囱在相同地震作用下的响应结果进行了对比分析,探讨该新型烟囱结构的优势与可行性,为其抗震设计提供可靠的参考。     

复合材料板翅式换热器力学与传热性能数值研究

本文采用数值模拟方法,利用有限元分析软件ANSYS模拟PTFE复合材料用于板翅式换热器时的导热性能以及在各种工况下的受力情况,得到PTFE的热导率与不同温度载倚下的压力和温度图,并进行分析.分析结果可为PTFE复合材料的优化设计提供参考依据.     

Finite element stress analysis and strength evaluation of epoxy-steel cylinders subjected to impact push-off loads

The stress wave propagations and stress distributions in epoxy-steel cylinders in which the outside surface of a solid cylinder (steel) is adhered to the inside surface of a hollow cylinder (epoxy resin) subjected to impact push-off loads were analyzed using the finite element method (FEM). The impact push-off loads were applied to epoxy-steel cylinders on a solid cylinder by dropping a weight. The FEM code employed was ANSYS/LS-DYNA. It was found that the maximum principal stress occurs at the upper edge of the interface, where the rupture initiates in epoxy-steel cylinders under the impact push-off loads. Besides, it was also found that the normal stress near the upper edge of the interface increases as the rigidity and the initial impact velocity increase; meanwhile it decreases as the diameter and the height of the solid cylinder increase. The strength of epoxy-steel cylinders increases as the rigidity of the solid cylinder increases, and the diameter and the height of the solid cylinder decrease. In addition, it was observed that the characteristics of the joints subjected to the impact push-off loads are opposite to those of the joints subjected to the static push-off loads. Furthermore, experiments were carried out to measure the strain response of epoxy-steel cylinders subjected to impact and static push-off loads. Fairly good agreements were observed between the numerical and the measured results.     

复合材料在汽车制动缸中的应用研究

对复合材料汽车制动缸的材料设计和成型工艺进行了研究,对3种复合材料汽车制动缸进行了有限元分析,并与金属制动缸的有限元分析结果进行了比较。结果表明,在制动过程中,复合材料制动缸缸体的应力和位移都比较小,均可满足制动要求。     

复合材料天然气气瓶预紧压力的研究

本文针对铝内衬全缠绕复合材料天然气气瓶,应用ALGOR FEAS有限元分析系统进行了气瓶材料的弹塑性历程分析,设计了气瓶的预紧压力。采用轴对称的应力－应变关系对气瓶金属内衬、复合材料进行了应力分析,确定了气瓶的应力分布状态。研究表明,通过预紧压力设计,降低了铝内衬工作状态下的最大拉应力,实现了提高复合材料气瓶疲劳寿命的目的。     

熔体过滤器的机械设计及分析

对熔体过滤器的滤室壳体、加热夹套及机架进行机械分析和设计。滤室上端盖采用有限元软件ANSYS进行应力分析,用强制式密封的平垫圈密封,与三通阀的熔体接口设计成卡箍式密封,采用多层包扎焊接型式的筒节等。与其他部件配套后,不仅用于聚酯熔体,还可为其他高黏液体过滤。     

有限元分析在快开盲板筒体设计中的应用

利用有限元软件对快开盲板筒体结构进行仿真模拟,得到了应力分布云图和位移分布图,并采用JB4732对其进行了强度刚度分析。所得结论对今后快开盲板筒体结构设计具有指导作用。