复合材料缠绕压力容器冲击损伤分析.pdf

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1、复合材料缠绕压力容器冲击损伤分析任明法，杨留鑫，孙冬生(1．大连理工大学运载工程与力学学部，辽宁大连116024；2．北京科泰克科技有限责任公司，北京101100)摘要：基于复合材料经典层合板理论和冲击动力学理论，采用Chang—Chang损伤准则对受低速冲击后的复合材料缠绕层进行损伤判定，并进行相应的刚度折减，分析复合材料纤维缠绕压力容器在冲击载荷作用下的动态响应和损伤状况。结合动力松弛法分析冲击能量对不同工作压力下复合材料缠绕压力容器抗冲击性能的影响，并对压力容器不同部位的抗冲击敏感性进行了相应研究，预测出压

2、力容器的缠绕层损伤特征和最不利的冲击位置。关键词：复合材料缠绕压力容器；缠绕层；损伤；抗冲击性能；动力松弛法中图分类号：TH49；TB330．1文献标识码：A文章编号：1001—4837(2012)10—0029—07doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2012．10．006ImpactDamageAnalysisofCompositeOverwrappedPressureVesselsRENMing—fa，YANGLiu—xin，SUNDong—sheng(1．FacultyofVehic

3、leEngineeringandMechanics，DalianUniversityofTechnology，Liaoning116024，China；2．BeijingChinaTankIndustryCo．，Ltd．，Beijing101100，China)Abstract：Basedontheclassicallaminatedtheoryandimpactkinetictheory，thispaperemploystheChang——Changdamagecriterionandstiffnessredu

4、ctioncriteriontoinvestigatingtheimpactdamageofcompositeoverwrappedpressurevessel(COPV)．TheimpactresistanceofCOPVwouldbeaffectedbytheparameterssuchasimpactenergy，internalpressureofCOPVandimpactposition．Thepurposeofthispa—peristodetectthedamagecharacteristicofw

5、rappedlayersandthemostdangerouspositionofCOPVan-derimpact．Keywords：compositeoverwrappedpressurevessels；filamentwoundlayers；damage；impactresistance；dynamicrelaxation构形式的复杂性、成型工艺的多场耦合性和材料0引言组成的混合性等特点，使得复合材料纤维缠绕结构的损伤破坏行为极为复杂多样。同时，由于复具有金属内衬的复合材料纤维缠绕压力容器合材料纤维缠绕压力容

6、器使用环境的独特性，使以其强度和比刚度高，抗冲击性能好以及结构的其容易受到外来物的冲击。试验结果和使用经验可设计性等诸多优点被广泛地应用于航天、航空、表明，在复合材料纤维缠绕结构的制造、存放、运汽车、造船等各个工程部门卜。但复合材料结输和使用过程中会不可避免地受到外来物的低速·29·CPVT复合材料缠绕压力容器冲击损伤分析Vo129．No102012冲击，由此将会在结构内部产生一类目视不可测损伤，例如：基体开裂、纤维断裂和分层破坏等，这1模型建立将导致结构承载能力的下降。由此使得复合材料纤维缠绕压力容器的使用和发

7、展遇到了一些难1．1动力松弛法题，因此也成为了众学者研究的热题。动力松弛法源于单自由度阻尼系统的稳态求复合材料结构的冲击损伤破坏模式主要表现解问题，即利用阻尼来衰减系统的动力响应，从而为侵入、基体开裂、纤维断裂、纤维与基体界面脱找到瞬态响应之后动力解中的静力成分[1。胶开裂和分层等J。各种损伤模式可能单独或引入阻尼后的动力学方程为：结合在一起发生，而占支配地位的是一种还是多[]{／／}+[c]{}+[]{lI}={F}(1)种损伤模式，取决于冲击能量(速度)的大小及冲式中[C]——阻尼矩阵击方向、冲击物的质量、硬

8、度和形状、基体、纤维和动力松弛法中，阻尼矩阵计算为：界面三者的相对强度与刚度，以及层合结构的尺EC3=M](2)寸和铺层方式等因素。学术界和工程界对此方面因为[]为对角阵，所以[C]也为对角阵，因的研究一直在延续，并取得了很多有价值的成果。此对于每个自由度，都有：张永明等采用开孔等效计算方法对冲击后的纤维缠绕复合材料气瓶的冲击损伤容限进行m?+J，l?：(，一．厂)(3)