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1、固体火箭技术第33卷第2期JournalofSolidRocketTechnologyVo.l33No.22010平面缠绕炭纤维压力容器大变形有限元分析112缑林虎,郑锡涛,程勇(1.西北工业大学航空学院,西安710072;2.中国航天科技集团公司四院四十三所,西安710025)摘要:根据纤维缠绕复合材料压力容器的结构和工艺特点,用ANSYS有限元软件建立了2种封头形式的复合材料压力容器计算模型,模型包括封头上纤维缠绕角和缠绕厚度的变化,并对内压作用下结构的应变分
2、布进行了静力学非线性计算。由于在内压作用下压力容器会产生较大的位移,因此在计算时考虑了大变形的影响。结果表明,在内压作用下,圆筒段的纤维受到拉伸作用,椭球型封头的部分区域出现了弯曲,纤维受到了挤压,而平衡型封头上应力变化平缓,结构整体向外膨胀。比较发现,计算结果和试验结果吻合较好,所建立的有限元模型和计算方法能较好模拟压力容器的真实受力情况。关键词:纤维缠绕复合材料;压力容器;几何非线性;应变分布中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:10062793(2010)02020504Largedeformat
3、ionfiniteelementanalysisofplanarcarbonfiberwoundcompositepressurevessel112GOULinhu,ZHENGXitao,CHENGYong(1.SchoolofAeronautics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xia'n,710072China;2.The43rdInstituteoftheFourthAcademyofCASC,Xia'n710025,China)Abstract:Basedonthestr
4、ucturalandtechnicalcharacteristicsofthefilamentwoundcompositepressurevesse,ltwodifferentfiniteelementmodelswereestablishedbymeansofsoftwareANSYS.Themodelincludesvariationofthicknessandwrappinganglesindome.Thestraindistributionofthepressurevesselsubjectedtointernalpre
5、ssurewasanalyzed.Becausethelargedisplacementiscausedbytheinternalpressure,thelargedeformationeffectsshouldbetakenintoaccount.Thenonlinearanalysisindicatesthatunderinternalpressure,fibersinthecylinderpartofthevesselareintension;partialregionstructureoftheellipsoiddome
6、isbendedandthefibersareincompression.Thestressinthebalancedplanarwoundeddomechangemoresmoothly,andthestructureisexpanded.Thecalculatedresultsalsoshowagoodagreementwiththeexperimentalresults,andthefiniteelementmodelandanalysistechniquecansimulatetheactualloadingcond
7、itionofpressurevesselperfectly.Keywords:filamentwoundcomposite;pressurevesse;lgeometricnonlinearity;straindistribution0引言较大变形,再应用网格理论则不能对应力应变给出满目前,纤维缠绕复合材料压力容器已广泛应用在意解析,因此须采用非线性有限元分析方法来解决。航空航天工业和民用领域,如固体火箭发动机壳体、高文中考虑了压力容器封头缠绕角度和缠绕层厚度[1-4]压氧气或氢气储存器和化工管道等。的变化,以及结构大变形
8、效应,对封头为21椭球型纤维的缠绕方式有环向缠绕、纵向缠绕和螺旋缠面的纤维缠绕复合材料压力容器进行了几何非线性有[1,5]绕等,可根据不同的结构形式和强度要求选择不同限元分析,并与试验结果进行了对比。研究了在内压的缠绕方式。对于缠绕的复合材料压力容器,可用网作用
