带缠绕层表面损伤的cng-2型复合气瓶的分析

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1、硕士学位论文带缠绕层表面损伤的CNG-2型复合气瓶的分析AnalysisofCNG-2CompositeCylinderwithSurfaceDamageofCompositeMaterialWindingLayer学21107267大连理工大学DalianUniversityofTechnology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

2、在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：鲎缠绕屋塞亘塑笾鲍g巡：2型复佥氢趣煎佥堑作者签名：马轻乙日期：三里』生年—￡月jjL日大连理工大学硕士学位论文摘要CNG．2型复合气瓶在社会的日常生产和生活中有着重要的应用，CNG．2型复合气瓶的生产和使用过程，会不可避免的产生缠绕层外表面的损伤，影响气瓶的使用寿命和安全性，因此需通过科学计算和试验验证来分析表面损伤对于复合气瓶的性能影响。本文按照此目标对带损伤的复合气瓶进行了有限元及实验分析，主要工作和结论如下：(1)分别将复合材料缠绕层表面的划伤和磨损简化为矩形槽型损伤模型和椭圆凹坑型损伤

3、模型，对具有两种表面损伤类型的复合材料气瓶进行水压爆破试验，分别得出带有2mm深表面损伤的复合气瓶的爆破压力，通过与相同尺寸的完好气瓶的比较，得出两种损伤模型使得气瓶整体的爆破压力分别降低6．13～11．13MPa和712MPa的结论。(2)利用有限元软件ANSYS分别建立带有矩形槽型和椭圆凹坑型表面损伤的复合气瓶模型，按照最大应变理论求解带损伤复合气瓶的爆破压力，将所求结果与实验结果相对比，得出两种模型的计算误差分别为4．9％和0．46％，说明有限元计算的正确性。在此基础上得出了带损伤复合气瓶爆破压力随着损伤深度的变化趋势。(3)对带有矩形槽和椭圆凹坑损伤模型的复合气瓶进行有限元分

4、析，得出表面损伤对于内衬应力的影响为：使得内衬外表面相对于损伤部位的应力增大，内表面相对于损伤部位的应力减小。运用相同的分析方法分别得出了两种损伤下复合气瓶内衬的Mises应力最大值随缺陷深度的变化曲线，以及复合气瓶缠绕层的环向应力最大值随缺陷深度的变化曲线，即损伤尺寸变化对于复合气瓶缠绕层和内衬的应力影响趋势。(4)通过借鉴GB24160．2009中的规定：复合气瓶的水压爆破压力不应当低于85％的最小设计爆破压力，得出带矩形槽型损伤和椭圆凹坑损伤的复合气瓶的损伤极限尺寸都为2mm；按照JB4732附录C对两种带损气瓶进行疲劳分析，得出带矩形槽型损伤的复合气瓶的剩余循环次数为1649

5、8次。带椭圆凹坑型损伤的复合气瓶的剩余循环次数为14973次。(5)利用有限元软件ANSYS分别建立了复合材料层上的穿透裂纹、矩形裂纹、椭圆形裂纹，选用椭圆形裂纹为计算用裂纹模型，并对带有一定尺寸的椭圆形裂纹的复合材料气瓶进行有限元计算，得出带裂纹损伤的复合气瓶的爆破压力减小的原因是缠绕层应力最大点的应力超出了复合材料抗拉强度保证值而导致的。通过对完好气瓶进行有限元计算，得出了复合气瓶在受载时内衬和缠绕层的应力变化趋势及关系。关键词：CNG．2型复合气瓶；表面损伤；实验验证；有限元分析带缠绕层表面损伤的CNG-2型复合气瓶的分析AnalysisofCNG-2CompositeCyli

6、nderwithSurfaceDamageofCompositeMaterialWindingLayerAbstractCNG-2compositecylindershaveimportantapplicationsindailyproductionandsociallife．IntheusingprocessofCNG·2compositecylinder，itwillinevitablyproducesurfacesdamage．Theexistenceofthedamagewillaffecttheservicelifeandsecurityofcylinders．soitne

7、edsthroughscientificcalculationandexperimenttoanalyzetheeffectsofsurfacedamageoncompositecylinders．Thispaperanalyzescompositecylinderswithsurfacesdamagethroughfiniteelementanalysisandexperimentalverification．Themainworkandconclusi