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《大连理工大学》 2012年
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低速冲击载荷下复合材料缠绕压力容器的损伤分析

杨留鑫  
【摘要】:纤维增强复合材料因其强度和比刚度高,抗冲击性能好以及结构的可设计性强等诸多优点而被广泛应用于航空航天、压力容器、汽车零部件和体育用品等领域。复合材料缠绕压力容器作为工程中的一个重要结构,其安全运行状况关乎结构和大身财产安全。实验结果和使用经验表明,复合材料纤维缠绕结构在制造、存放、运输和使用过程中不可避免地受到外来物的低速冲击或意外高空跌落,这将会在结构内部产生一类不可目测的损伤,例如:基体开裂、纤维断裂和分层破坏等,都将导致结构承载能力与安全状态的下降。压力容器的低速冲击损伤不仅与材料性能有关,还与结构的冲击动态响应有关,以此,需要对压力容器在冲击载荷下的动态响应有更加深入的认识,并了解其影响因素。 本文基于大型商用有限元计算软件MSC.SimXpert/MD Explicit的显式求解器功能,采用[Chang and Chang,1987]损伤准则对受低速冲击后的复合材料进行损伤判定,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,同时定量分析了不同工作压力和冲击能量对复合材料缠绕压力容器抗冲击性能的影响,最后对压力容器不同部位的抗冲击敏感性进行了相应研究,并以此预测压力容器的缠绕层损伤特征和最不利的冲击位置。此外为更全面的模拟压力容器的使用状态,本文对压力容器进行了跌落测试,计算分析了压力容器高空跌落工程中的动态响应和缠绕层损伤情况。通过对复合材料缠绕压力容器进行冲击和跌落损伤的仿真预测,有效地支持了产品的结构设计和防护设计,从而最大限度的缩短新产品的开发周期和减小冲击损伤造成的人员财产损失。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH49

【参考文献】
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