具有金属内衬复合材料缠绕结构成型和使用过程的一体化分析-工程力学专业毕业论文.docx

县有金属内衬复台材料缠绕结构成型和使用过程的一体化分析摘 县有金属内衬复台材料缠绕结构成型和使用过程的一体化分析 摘 要 具有《；}：属内衬的复合材料纤维缠绕结构以其比强度和比刚度高，抗疲劳、 抗震、耐腐蚀和密封性能好以及结构的可设计性等诸多优点而被广泛地应用于 航天、航空、汽车、造船、化工、机械、建筑和能源等各个工程部门。该结构 成型过程一般需经历缠绕、固化和超压三个工艺阶段，此三个工艺阶段在成型 过程中是连续的，各阶段的工艺参数都将会对结构的最终使用性能和承载能力 带来重要的影响，为此，本文对该结构的成型和使用过程进行一体化分析和研 究。同时出于该结构在制造和使用中都不可避免地受到外来物的低速冲击，由 试验结果和使用经验结果表明，在结构内部将会产生一类目视不可测损伤，譬 如：树脂开裂和分层破坏等等，导致结构承载能力的显著降低，故在本文中还 丌展了低速冲击下该结构的损伤萌生和演化以及冲击后含损伤结构的剩余承 载能力研究。论文的主要内容是： (1)提出温度参数法和一种虚一实结合、逐层实化的有限元分析策略，对 复合材料缠绕结构的缠绕张力引起的自平衡应力场进行了仿真分析。同时此分 析策略。j迭代有哪些信誉好的足球投注网站方法相结合能实现缠绕结构等张力场要求的反问题的求解。 (2)采用以平方收敛的NewtOn—Raphson格式的轴对称时一空有限元法， 实现了对复合材料缠绕结构的固化成型工艺全过程中温度和固化度的分布及 其变化规律的数值模拟研究。同时对复合材料缠绕结构进行了固化全过程的应 力场分析，并应用Chang—Chang破坏准则成功判别了在固化过程中结构内的损 伤情况。 (3)基于Hell{nger—Rei Ssner广义变分原理，提出了分析复合材料缠绕 壳结构过程应力场的混合状态Hamilton元半解析法，建立了缠绕结构的内、 外表面状态变量之间的关系。在数值模拟过程中，采用了传递矩阵技术和逐步 精细积分法求解缠绕结构内、外表面状态变量未知量的方程。该方法大大地提 大连理工火学博士学位论文高了应力分析(尤其足层问应力分析)的精度。 大连理工火学博士学位论文 高了应力分析(尤其足层问应力分析)的精度。 (4)采用弹塑性有限元法对具有金属内衬的复合材料纤维缠绕结构进行 了超瓜T艺的分析。通过对结构在服役前施加适当的超压值，使结构中金属内 衬进入硬化塑性阶段而保持一种合理的压缩残余应力场，从而在工作状态下， 能够降低结构的金属内衬内的应力水平，同时，还能将载荷合理地转移到复合 材料纤维缠绕层中，以充分发挥复合材料纤维的高强度性能，从而较大地提高 整体结构的承载能力。 (5)使用基于低速冲击动力学理论的有限元分析方法分别研究了在空载 和满载下具有会属内衬的复合材料纤维缠绕容器的低速冲击损伤行为。在分析 过程中，考虑了几何和材料非线性、摩擦和接触等效应，并采用复合材料层含 结构的损伤准则和刚度折减的方法，对损伤扩展的形状和大小进行了预测。 (6)成功地编制了具有会属内衬的复合材料缠绕结构成型和使用过程一 体化的全应力场分析的软件包WOUNDUSE。 本文所提的方法和模型为复合材料纤维缠绕壳体的结构、工艺设计和优化 以及安全度评估提供了一个有效的分析工具。 最后，作者对全文工作进行了总结，并提出了今后需迸一步研究的工作内 容。 关键词：成型和使用过程的一体化分析；温度场、固化度和应力场的耦合分析； 温度参数法：时一空有限元；混合状态Hamilton半解析法：低速冲击损伤；具 有金属内村的复合材料缠绕容器 旦南会属内衬复合材糊缠绕结构成型和使用过程的一体化分析Abstract 旦南会属内衬复合材糊缠绕结构成型和使用过程的一体化分析 Abstract The composite wound shell structure with metal liner had been widely employed in aeronautics，astronautics industry，naval applications，civil structures， and automotive industry．Such as high-pressure vessels，submersibles，ship hulls， bridges，columns，decking and tubes．The wound fabrication of thermoset composite unavoidably undergoes winding，cure and autofrettage process．The Stre ss fields of all these processes are analyzed by numerical simulation in this paper．F