手機直線：
咨詢熱線：0571-56211150
為降低航天器研制和發射所需的高額費用，空間系統壓力容器設計和制造技術得到了極大的發展。纖維纏繞壓力容器因其質量輕、研制費用低和安全性好而逐漸取代全金屬壓力容器，明顯提高了空間系統壓力容器的可靠性、安全性、承載能力、儲存壽命和循環壽命，大大減小了高壓氣體和液體儲存容器的質量。目前，碳纖維鋁內襯圓柱形容器的性能已比最好的金屬容器高出50%以上。除低成本高強度纖維樹脂纏繞技術外，設計優化技術的發展是導致如此結果的一個主要因素，而可靠的分析方法則是保證設計優化成功的技術關鍵。作為目前最可靠的數值分析技術，有限元分析FEA對提高纖維纏繞壓力容器的設計水平、改善產品性能、縮短研制周期、節約研制費用和保證使用安全，都具有十分重要的意義。
為此，本研究對纖維纏繞壓力容器結構FEA的過程、可行性、適應性、可靠性、能力、效率和費用等方面進行了分析。
用纖維纏繞方法制成的壓力容器是展現纖維增強復合材料優點的一個理想實例，其典型設計包括柱形、球形、近球形、錐形和環形等構型，其中以圓柱形容器最為常見，如圖所示。
纖維纏繞壓力容器的設計必須考慮纖維樹脂結構的強度和變形特性，需要根據空間應用、結構質量、壓力和服務年限等要求選取合適的靜壓，確定最佳的容器構型，設計最優的結構。實際上，不適當地增加材料用量可能會降低結構的承載能力，這是纖維纏繞壓力容器較為獨特之處。因為壓力容器的幾何特性和殼體的剛度參數相互影響，額外的纖維纏繞層會使殼體的剛度分布發生改變，迫使殼體在形狀上作出相應的改變。但殼體的幾何特性受纏繞芯模(或金屬內襯)支配，且纏繞芯模的形狀不經重新加工就不能改變，所以應避免不恰當地增加纖維纏繞層。
此外，柱形壓力容器封頭形狀的設計也非常關鍵。封頭形狀與纖維角相互作用，在接近柱面直線段的封頭區域容易產生嚴重的應力集中，使封頭區域承受最高的應力，進而成為最臨界的結構破壞位置。
由鋼、鋁等各向同性材料制成的傳統柱形壓力容器，采用橢圓形封頭以減少結構內的臨界應力。隨著正交各向異性纖維增強材料的出現，發現理想的封頭是具有等張力的形狀，如圖所示。
就纖維纏繞壓力容器所希望的尺寸和載荷而言，這些結果突出了纖維纏繞層剪裁技術即優化設計的重要性。FEA是目前最可靠和最通用的數值分析技術，用它設計纖維纏繞壓力容器的結構，必將提高設計水平、改善產品性能、縮短研制周期、節約研制費用和保證使用安全，進而帶來巨大的經濟效益和社會效益。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
杭州納泰科技咨詢有限公司
本文出自杭州納泰科技咨詢有限公司www.hnyunhua.com，轉載請注明出處和相關鏈接！