GFWRP压力容器的可靠性安全系数法设计

为得到用传统的安全系数法设计的玻璃纤维增强聚合物基复合材料缠绕（GFWRP）压力容器的可靠度指标,通过实验得到玻璃纤维缠绕聚合物基复合材料（GFWRP）压力容器诸参量的概率密度分布及特征值,按国标制备了3个GFWRP压力容器,进行爆破试验。采用95％概率强度与99％概率载荷,由可靠度β=0．99999,得到可靠性安全系数fR=1．436,对GFWRP压力容器采用基于网格理论的可靠性设计与可靠性安全系数法设计,结果表明,此种设计方法较传统安全系数法设计经济且具可靠性保证。     

《玻璃钢／复合材料》杂志 2006年第1—6（总第186～191）期总目录

基础研究低速冲击下含金属内衬的纤维缠绕容器损伤特征……………………………………………No.1(总186)-3体外粘贴FRP结构加固的残余剪切应力实验研究……………………………………………No.1(总186)-7速度控制加载条件下机织物层合梁弯曲破坏全过程模拟……………………………………No.1(总186)-10芳纶纤维加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究………………………………………………No.1(总186)-14基于细观模型的纤维增强树脂基复合材料的裂纹与强度关系研究…………………………No.2(总187)-3FWRP压力容器的可靠性设计研究…………………     

人工神经网络结合遗传算法对FWRP张力制度的优化

由于纤维缠绕聚合物基复合材料(FWRP)与结构同时形成,因此缠绕成型工艺过程控制(如纤维缠绕张力)对FWRP制品结构抗力具有重大影响。人工神经网络具有超强非线性映射能力,可在特定条件下将缠绕张力与缠绕结构抗力两者由相关关系转化为确定性关系(函数关系)。本文分别以碳纤维和玻璃纤维缠绕聚合物基复合材料制成NOL环试件。在实验基础上采用人工神经网络结合遗传算法对纤维缠绕张力进行优化,取代传统的"试凑法",优化结果与实验吻合。     

干纱缠绕复合材料压力容器的结构设计与强度分析

相对于湿法缠绕复合材料压力容器传统的壳单元建模与分析方法,提出了一种基于干纱束模式的纤维缠绕压力容器的细观建模和强度分析方法。通过Python和MATLAB完成干纱缠绕层的参数化建模,利用有限元软件ABAQUS研究各工况下压力容器的力学响应。使用机器人缠绕工作站完成压力容器的干纱缠绕实验,验证了设计参数和线型的可行性。结果表明:基于干纱束的参数化建模方法能准确地反映纤维缠绕的真实路径;同一角度纤维层连续的铺层方案更适用于干纱缠绕结构;工作压强(4 MPa)下,气瓶各区域的应力值均满足设计要求,筒身段环向层纤维的最大主应力远大于螺旋层;当内压达到16 MPa时,气瓶环向纤维断裂引发气瓶失效。     

纤维缠绕压力容器封头壁厚预测方法分析

为建立准确纤维缠绕压力容器结构模型,在前人壁厚预测方法基础上采用多项式逼近算法来预测压力容器封头纤维层厚度。针对封头部分纤维缠绕角不断变化和极孔附近纱线堆叠等影响因素,采用多项式逼近算法进行封头壁厚预测,并与经典算法、精确算法、平面算法壁厚预测值及实际壁厚测量值对比分析,结果表明运用此方法得到的纤维层壁厚预测值与实际壁厚测量值更接近,从而为分析压力容器可靠性提供准确压力容器结构模型。     

铝内衬碳纤维复合材料压力容器非测地线缠绕与强度分析

本文对碳纤维缠绕复合材料压力容器进行了非测地线缠绕线型设计、有限元仿真和纤维缠绕与水压爆破实验。根据非测地轨迹确定了复合材料压力容器的最佳缠绕参数;采用有限元软件ABAQUS对其受压状态下的应力应变值进行分析,研究内压为35 MPa时压力容器的应力状态,并预测其爆破强度为92.2 MPa;缠绕实验在五轴数控缠绕机上进行,使用T800碳纤维制备了铝合金内衬复合材料压力容器,其纤维缠绕层共26层,缠绕完成后纤维排列整齐均匀,无滑纱现象。固化后其爆破压强为87.5 MPa,与仿真结果相对误差为5.1%,验证了仿真分析的可行性。     

压力容器常规设计中静强度计算的可靠性分析

本文应用概率统计方法,对压力容器试验数据进行了统计,得到如下结论: (1)压力容器强度试验数据与有关公式的计算值之比符合正态分布; (2)压力容器静强度常规计算安全系数n、设计公式的准确度μ_Z(与置信度有关)、容器载荷的变异系数C_L、容器结构静强度的变异系数C_Z(C_r)和结构静强度的初始可靠度系数β之间,存在如下定量关系: n=(1+β(C_L~2+C_r~2-β~2C_r~2C_L~2)~(1/2))/(μ_Z(1-β~2C_r~2)) 本文为压力容器强度的常规设计向可靠性设计转变,提供了依据。     

纤维缠绕压力容器最佳预应力与缠绕张力关系研究

为提高纤维缠绕压力容器的结构效率,对压力容器纤维缠绕预应力及其内衬形式之间的关系进行了研究,应用压力容器设计的弹性及半弹性分析方法,推导出纤维缠绕张力及其界面最佳预应力之间关系的表达式。     

复合材料压力容器的概率和非概率可靠性设计

考虑复合材料压力容器结构中各参数和载荷的随机性或区间性,利用基于概率的网格法得到其纤维强度发挥系数随机函数的计算表达式。建立了该类压力容器的可靠性分析模型,并分别应用随机因子法和区间因子法导出了纤维强度的均值、标准差和离差的计算表达式,利用概率的和非概率的可靠度计算方法,实现了该类压力容器的概率和非概率的可靠性设计,并考察了结构各不确定性参数的波动对容器厚度设计尺寸的影响。算例结果表明：概率和非概率的可靠性设计结果均可满足安全要求,且比传统的安全系数法结果更为精确与合理;概率方法相比非概率方法,其结果相对误差较小,但计算过程较为复杂。     

不等极孔纤维缠绕球形压力容器的结构设计与性能

本文概要介绍了不等极孔纤维缠绕形压力容器的结构形式，受力状态及纤维铺层设计方法，提出了纤维强度发挥系数与在球体位置关系的函数概念，通过改变特征点的强度发挥系数，可以方便地进行球形容器的结构优化设计。     

纤维缠绕环形压力容器复合材料结构设计

本文在环形容器复合材料缠绕原理的基础上,从环形容器工作下的受力状态分析入手,推导出环形容器的受力方程;根据环形容器双螺旋缠绕测地线方程,结合相关工艺参数,进行复合材料结构铺层设计,确定出优化缠绕线型的切点数。根据该理论,通过编写VB程序,实现纤维缠绕环形容器复合材料纤维层的计算机参数化设计。     

纤维缠绕压力容器几何非线性分析

本文使用有限元软件ANSYS对纤维缠绕压力容器进行了几何非线性分析，并对容器进行了强度以及失效研究。本文压力容器几何非线性分析的结果表明铺层方向是影响纤维缠绕壳体强度的最大因素。     

球型封头压力容器的结构层次设计及缠绕成型工艺的研究

通过对实际球型封头压力容器产品的研制,阐述了球型封头压力容器结构层次的设计方法,介绍了在缠绕成型工艺中出现的问题及解决方法。     

环保水容器缠绕壳体用低成本UPR研究

本文研究了环保水处理容器缠绕壳体用基体低成本不饱和聚酯树脂配方，重点阐述了不饱和聚酯凝胶期控制、表干、引发剂用量、树脂选择及增韧方法和纤维缠绕复合层的力学性能。结果表明，该树脂基体价格低、韧性高，与玻璃纤维界面粘结好，所制的复合材料壳体纤维强度转化率较高。     

碳纤维复合材料压力容器的透声性能研究

以环氧树脂为基体材料,分别以S2高强玻璃纤维和T700碳纤维为增强材料,采用缠绕成型工艺,制备了玻璃纤维复合材料（GFRP）透声试件和碳纤维复合材料（CFRP）透声试件;测试了试件的透声性能,为成功研制碳纤维复合材料透声压力容器提供依据。结果表明：CFRP的透声性能和力学性能远远优于GFRP;内衬层对容器的透声性能影响不大;研制的碳纤维透声压力容器达到了满意的透声效果。     

不等开口柱形压力容器的渐变角度缠绕规律研究

柱形压力容器缠绕通常要求两端开孔大小相近,在缠绕工艺实施上可以通过平衡缠绕角度的方法实现稳定落纱,当两端开孔相差较大时,常用的螺旋向缠绕将无法实现;针对这一问题,本文提出一种针对不等开口、大长径比的柱形压力容器缠绕线形设计方法,通过筒身段的渐变缠绕角度设计和公式推导,实现了纤维的稳定落纱和筒身螺旋缠绕段的均匀过渡;通过对不等开孔柱形容器样件缠绕工艺实现表明,该设计方法具有良好的实用效果。     

Minimum weight design of helically and hoop wound toroidal hydrogen storage tanks with variable slippage coefficients

This article determines the optimal winding parameters for helically and hoop overwound toroidal hydrogen storage tanks, based on the application of variable slippage coefficients. First, an optimality condition between helical winding angle and hoop‐to‐helical thickness ratio is derived from the minimum strain energy density criterion. The winding angle distributions are then obtained with the aid of the optimality condition, taking into account the shell thickness variation along the meridional direction. The general criteria for fiber trajectory stability on a torus are presented, and the relationship for the slippage coefficient and the helical winding angle is formulated according to the windability and manufacturability. The helical winding angle and thickness at the equator are considered as design variables, whereas the minimum weight acts as the objective function. A design example with a toroidal hydrogen storage tank is outlined to demonstrate the favorable performance of the present method. The results show that the present method using variable slippage coefficients leads to a better distribution of the fiber stress in the toroidal shell and an efficient utilization of the laminate strength. The obtained winding parameters can thus be regarded as optimal for filament‐wound toroidal hydrogen storage tanks. POLYM. COMPOS., 2012. © 2012 Society of Plastics Engineers