纖維纏繞壓力容器的強度分析和優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、具有金屬內(nèi)襯的纖維纏繞壓力容器具有質(zhì)量輕、強度高、性能比非常優(yōu)越等優(yōu)點已被廣泛應(yīng)用于航天航空等前沿軍事領(lǐng)域和能源化工等民用領(lǐng)域。因而對纖維纏繞壓力容器的研究和優(yōu)化具有非常重要的理論意義和實用價值。
　　不同于鋼氣瓶等各向同性結(jié)構(gòu)容器，纖維纏繞壓力容器由于各向異性和特殊的成型技術(shù)，其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜尤其是在封頭部分，沿著子午線纖維纏繞角和厚度均在發(fā)生變化，已經(jīng)存在的理論和方法無法對纖維纏繞壓力容器的進(jìn)行精確的分析。本文以纖維的纏繞原理和

2、受力情況以及曲面微分幾何為基礎(chǔ)，推導(dǎo)纖維纏繞角的微分方程，并通過近似逼近和插值方法得到纖維纏繞角和纖維層厚度的預(yù)測公式。在ANSYS有限元軟件中進(jìn)行實物仿真計算和強度校核，通過計算確定危險區(qū)域位于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的封頭區(qū)域。利用MATLAB和ANSYS聯(lián)合仿真優(yōu)化技術(shù)，采用PSO優(yōu)化技術(shù)，以超橢圓函數(shù)作為形狀優(yōu)化的基函數(shù)，在考慮纖維纏繞型復(fù)合材料壓力容器的幾何約束、纖維纏繞方式、失效準(zhǔn)則和最大形狀因子等因素，在內(nèi)壓載荷作用下優(yōu)化封頭的形狀，并分