碳纤维复合材料强度与碳纤维缠绕铝内胆复合气瓶的研究.pdf

北京化工大学
硕士学位论文
碳纤维复合材料强度与碳纤维缠绕铝内胆复合气瓶的研究
姓名:李玮
申请学位级别:硕士
专业:化工过程机械
指导教师:段成红
20100525
碳纤维复合材料强度与碳纤维缠绕铝内胆复合气瓶的研究摘要复合材料作为一种新型材料,具有比强度高、可设计性强、功能性能全面、经济性良好等优点,在工业上的应用越来越广,特别是在一些工况苛刻、设计条件高的领域,如航空航天、交通运输、特殊压力容器等。虽然复合材料已在很多领域得到应用,但对其材料性能的研究还远不充分。为了节省试验经费,应在进行必要试验的同时,对碳纤维复合材料的性能进行模拟计算。本文针对一标准试验,利用软件的节点耦合技术和接触分析技术分别对某碳纤维复合材料制成的方辛死炱苹翟睾上碌那慷燃扑愫屠焓匝椤Mü扑值与试验结果的对比证明,有限元模拟具有一定的可行性和准确性。在汽车和化工等领域,常需要使用高性能的气瓶完成介质的储存、运输和反应等过程,复合材料气瓶就是其中之一。本文针对某厂家生产的枷宋坡聊诘ǜ春掀浚肁有限元分析软件对其力学性能进行了模拟分析。讨论了自紧技术对气瓶性能的影响,应用设计准则,通过优化设计得出了该气瓶的最佳自紧压力。分析了复合材料气瓶经过白紧作用后在零压力、工作压力、水压试验压力和最小爆破压力下的力学性能,并将自紧和非自紧状态下气瓶的应力状况进行了对比,证明了自紧作用能显著提高气瓶的力学性能。比较了复合材料气瓶和常用钢制材料气瓶在性能方面的差
异,结果表明,复合材料气瓶具有良好的力学性能和经济性能。关键词:碳纤维复合材料,罚春掀浚越艏际酰邢拊分析北京化工大学硕士学位论文
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符号说明兄岱弓艺复合材料拉伸强度,筒身螺旋缠绕的纤维厚度,薄膜内力,纤维方向的拉伸顾强度,垂直于纤维方向的拉伸顾强度,计算厚度,焊接接头系数阿】‘≯拉伸破坏载荷,试样宽度,试样厚度,封头螺旋缠绕的纤维厚度,缠绕角度,。筒体半径,极孔半径,痭正应力,切应力,第一主应力,应力强度,等效应力,屈服应力,许用应力,强度极限,弹性模量,泊松比%万∥口’’痶砭
保密论文注释:本学位论文属于保密范围,在土年解密后适用本授丝:』:丝丝晁北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名:日期:关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。导师签名:
第一章绪论本课题的研究背景复合材料作为一种新型工程材料,具有可靠的力学性能和良好的经济性能,在航空航天、交通运输、农业、能源、建筑等领域得到了广泛的应用,发展前景和化学性质通常存在差异,在经过复合作用后新材料的性质与各组分的性质也存在着明显的区别。复合材料包括增强组分和基体。其中,起增强作用的不连续相称为增强组分,常见的有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。而起着连接和传递作用的连续相称为基体,常见的有树脂、环氧、酚醛等。复合材料在性能方面具有以下特点【浚牧系谋惹慷取⒈饶A扛复合材料通常密度较小,强度很高,其比强度、比模量慷取⒛A坑朊芏之比喽云渌牧弦8咝矶唷Mü宋銮坎牧系牟欢嫌呕透春瞎ひ盏牟欢改进,可以使复合材料性能得到更大的提升。在一些对设备性能要求较高的领域,特别是航空航天、交通运输等行业,复合材料具有无可比拟的优势和广阔的应用复合材料在弹性常数、热膨胀系数、强度等方面具有明显的各向异性性能,这使得复合材料的力学行为极为复杂,为复合材料的研究带来了很大的困难,至今还没有一个公认的理论能够完美地描述复合材料的力学行为。但各向异性性能在工程设计上可以加以利用,如采用环向缠绕与螺旋缠绕对筒身进行加强。通过合理的设计,各向异性这一特点是可以发挥很大作用的。牧系目蛊@托阅芎金属材料在应用中比较容易发生疲劳失效,而且发生疲劳失效前基本没有明显的征兆。而纤维复合材料是由多种不同相的组分构成,如果发生疲劳,那么裂纹将会在组分界面处得到有效的阻挡,极大地降低了裂纹扩展速度,并且在疲劳复合材料具有很高的比模量,因而其自振频率也相对较高,在通常状况下不易