复合材料缠绕压力容器充压过程热力分析

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1、大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文题目：鱼盘塑塑经．蚴应经氢匝直垒趔五金塑作者签名：垒这篮．日期：—迹年—互月—芝日大连理工大学硕士学位论文摘要复合材料具有比强度和比模量高，热稳定性好等优点，已广泛地应用于航空航天、汽车工业、医学、化工等领域。采用复合材料缠绕的高压

2、容器(COPV)具有轻量化、高强度和安全可靠的特点。航空、航天运载器以及太空中卫星，其驱动，改变方向和精确定位经常是通过复合材料缠绕高压容器喷射气体来实现的，但是，其在加注和卸载过程中，由于温度、压力以及气体充放速度的影响，容器的性能会发生很大的变化，为了保证复合材料高压容器结构稳定性，本文对充压过程中对容器性能影响开展了分析和研究工作。本文首先简述了国内外复合材料缠绕容器设计和热力耦合分析的发展现状。其次介绍了开展此项课题研究的基本理论和分析方法，其中包括：湍流模型方程，瞬态热传导方程，气体状态方程以及结构分析控制方程和相应的有限元分析的表达式。同时给出了

3、流场、温度场、压力场和应力场等多场耦合分析的策略。在此基础上，采用ANSYS中APDL参数化建模功能，成功地对复合材料缠绕压力容器实现了建模，并以一典型容器结构为例，通过Flotran计算得到该容器充压过程中的容器内气体的压力场、温度场和速度场。提取充压过程中的最大温度和压力，加载到容器的1／8有限元模型上，对其进行强度计算，得到容器铝内衬和复合材料层的应力和应变分布云图。结果表明：(1)该容器在充气过程中其温度场和压力场变化均未超过正常使用范围；(2)容器各部分的复合材料缠绕层和铝内衬应力和应变均小于极限应力和应变，说明该容器在充气过程结构未发生破坏，仍可

4、正常使用。关键词：压力容器；充压；温度；应力；有限元分析复合材料缠绕压力容器充压过程的热力分析r’’'●‘。‘一‘1hermo—mechanicalanalysistorcompositeover-wrappedpressurevesselduringfastfillingprocessAbstractCompositematerialswhichhavewidelybeenusedinaerospace，automotiveindustry．medicineandchemicalindustryhavetheadvantageofhighspecifics

5、trength，highspecificmodulusandthermalstability．Thecompositeover-wrappedpressurevessel(COPV)incorporatesthefeaturesoflightweight，highstrength，safetyandreliability．Thedrivability，changingthedirectionandprecisepositioningoftheaerospacevehicleandthesatelliteinspacearealwaysbeenimplemen

6、tedthroughthejetofCOPV．Butintheprocessofloadingandunloading，theperformanceofCOPVwillchangealotbecauseoftheeffectoftemperature，pressureandthevelocityofgas’charginganddischarging．InordertomakesurethestructuralstabilityofCOPV，thispapercarriesoutanalysisandresearchabouttheperformanceof

7、COPVintheprocessofloadingandunloading。Firstthispaperoutlinesthepresentsituationofdevelopmentaboutthedesignofcompositeover—wrappedvesselandthecoupledthermo-mechanicalanalysisathomeandabroad．Thenitintroducesthebasictheoryandanalysisofcarryingoutthesubjectstudy，includingturbulencemode

8、lequations，stateequationof