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FRP玻璃鋼復合材料論壇

標題: 鋁合金內膽碳纖維纏繞氣瓶結構分析與研究 [打印本頁]
作者: 且聽風吟    時間: 2013-1-4 14:37
標題: 鋁合金內膽碳纖維纏繞氣瓶結構分析與研究
此為研究生論文，可以作為一定的參考用途。但對部分結果不太認可。尤其是用方格布對氣瓶封頭部分進行了增加。但對于大家了解鋁內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶的結構設計很有幫助，大家可以看一看。內容非常長，大家都知道研究生論文，所以可以好好看一看。

鋁合金內膽碳纖維纏繞氣瓶結構分析與研究

摘 要
碳纖維纏繞鋁合金內膽氣瓶不僅具有了鋁合金材料密度低、加工性好、密封
性優良、延展性好、抗裂紋增強性能好等特點，同時兼備碳纖維復合材料重量輕、
比強度、比模量高、安全性好以及可設計性強等優點，使復合氣瓶達到高承壓能
力、高疲勞壽命、質量輕、耐腐等優良性能的完美結合。
復合材料氣瓶是由纖維纏繞復合層和金屬內襯共同組成的結構。纖維纏繞復
合層采用縱向纏繞和環向纏繞相結合，其中封頭部分全部為縱向纏繞，圓柱段為
縱向纏繞與環向纏繞的組合。復合材料氣瓶承受內壓載荷時，復合材料層大約承
受85％"-'95％的載荷，而鋁內襯只承受5％～15％的壓力。

本文首先對鋁合金內膽進行結構設計，鋁內膽采用橢球封頭，壁厚設計為
2mm，長徑比選擇2．7；采用網格理論對氣瓶復合材料層進行初步設計，確定纏繞
層壁厚、鋪層數量、鋪層方式以及纏繞角。然后利用有限元分析方法，在ANSYS
中進行三維有限元分析。由于復合材料氣瓶的內膽和纏繞層是兩種不同的材料且
單元屬性也不一樣，因此定義時采取了不同的單元屬性。鋁合金內膽采用
SOLIDl 85號單元按照彈塑性來進行分析，復合材料纏繞層采用SOLID46號單元
按照各向正交異性來分析，取其1／24作為分析對象，在兩個剖面邊界上給定對
稱邊界約束條件，對其施加90MPa的內壓載荷進行分析計算，解算結果顯示鋁內
襯受力已進入塑性，筒段應力在380-一,410MPa范圍內，纖維層最大應力241 6MPa，
接近材料應力極限2940MPa。
最后對按照設計加工制造的氣瓶進行水壓試驗，試驗爆**破壓強93MPa，鋁合
金內膽和纖維同時發生破壞，試驗結果表明理論分析完全符合實際。
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作者: 且聽風吟    時間: 2013-1-4 14:38
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