碳纖維纏繞壓力容器動力特性有限元分析

摘 要:目的研究碳纖維纏繞壓力容器的破壞機理,分析碳纖維纏繞壓力容器動力爆破情況,預測容器的爆破壓力并評估其安全可靠性.方法結合復合材料層合板力學性能的研究成果并將ANSYS/LS-DYNA 成熟的有限元模擬失效方法引進到壓力容器水壓爆破動力分析中.結果求得某2.0 L壓力容器在線性勻速加載情況下,采用Chang-Chang層失效模型的爆破壓力值為69.8 MPa,爆破時間為加載后的3.87 s,采用Chang-chang全部層失效模型的爆破壓力值為77.1 MPa,爆破時間為加載后的3.95 s,采用Tsai-wu剛度退化模型的失效壓力值為78.04 MPa,失效時間為加載后的3.902 s,該二個失效壓力值與現場試驗值80.6 MPa的誤差在合理范圍內,并且得出采用Tsai-wu剛度退化模型計算的失效壓力值與現場試驗值的誤差為3.18%,較適合該情況的模擬.結論采用ANSYS/LS-DYNA得到了容器在水壓動力爆破時復合材料逐層破壞結果,數值模擬的爆破壓力較保守,提供了一定的安全儲備,適于工程應用.

關鍵詞:碳纖維纏繞壓力容器;動力性能;有限單元法; LS-DYNA軟件;爆破壓力

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