纖維纏繞復(fù)合材料管及容器的制備與性能.pdf

1、纖維纏繞復(fù)合材料內(nèi)壓管及容器具有重量輕、承壓高、安全系數(shù)高、耐腐蝕、失效模式安全等諸多優(yōu)點,在航空航天、深海探測、工業(yè)儲運等領(lǐng)域內(nèi)得到越來越廣泛的使用。因此對纖維纏繞復(fù)合材料內(nèi)壓管及容器的研究具有非常重要的理論指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價值。
　　本文首先研制了纏繞所需要的臥式纏繞機、立式多絲嘴纏繞機和固化爐,其中所制備的立式多絲嘴纏繞機可以有效解決單極孔壓力容器小角度纏繞的掛線問題和封頭纖維堆積問題,然后利用網(wǎng)格理論完成纖維鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計

2、,又基于LabVIEW平臺,根據(jù)各軸的運動關(guān)系編寫了纏繞機單片機編程輔助計算程序,合理的確定各項工藝參數(shù),成功制備了纖維纏繞管和壓力容器試樣。為便于對試樣進行內(nèi)壓試驗,又研制了液壓試驗機一臺,并基于LabVIEW平臺編寫了液壓試驗機的控制和測量程序。
　　分別對管試樣進行了內(nèi)壓失效、徑向壓縮、內(nèi)壓疲勞測試。試驗結(jié)果表明纖維纏繞管平均環(huán)向強度為945.1MPa,主要失效形式為滲漏,所能承受最大平均外部線載荷為111.5N/mm,管剛

3、度為25.1MPa,隨壓縮量的增加,失效形式由復(fù)合材料分層開始向纖維斷裂轉(zhuǎn)變,疲勞的主要失效方式為內(nèi)襯屈曲。對壓力容器試樣進行了多次的步進加載和卸載,直至破壞,測量了壓強、各典型區(qū)域的應(yīng)變以及殘余應(yīng)變。最大正應(yīng)變區(qū)域為容器中部,封頭過渡區(qū)具有負應(yīng)變。壓力容器的爆破區(qū)域為容器中部,主要失效形式為基體開裂和纖維斷裂?；贛SC.Marc有限元軟件建立了壓力容器有限元分析模型,獲得了壓力容器的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),并利用有限元手段得到了計算了預(yù)緊壓強