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环绕纠缠气瓶无限元剖析
题目：有限元分析在复合气瓶设计中的应用
要求：
概述有限元应力分析在现代工业中的应用
熟练掌握ansys有限元分析软件操作
利用分析软件对碳纤维复合气瓶的进行应力计算
对计算结果进行分析
复合气瓶的相关参数
牌号
弹性模数（GPa）
泊松比
屈服极限（σ0.2）（MPa）
强度极限（MPa）
延伸率
铝合金6061
68.9
0.324
276
325
12%
碳纤维T700s-12000
230.0
4600
≥1.9%
T700碳纤维/环氧树脂复合材料性能参数
X方向弹性模量EX(MPa)
Y方向弹性模量EY(MPa)
Z方向弹性模量EZ(MPa)
XY面泊松比VXY
YZ面泊松比VYZ
XZ面泊松比VXZ
XY面剪
切模量GXY(MPa)
YZ面剪切模量GYZ(MPa)
XZ面剪切模量GXZ(MPa)
154100
11410
11410
0.33
0.49
0.49
7092
3792
7092
复合气瓶的缠绕层顺序及参数
顺序
纤维及缠绕部位
层数
缠绕角度（度）
每层厚度（mm）
1
T700s-12000 筒体环缠绕
2
±89.132
0.19
2
T700s-12000 螺旋缠绕
2
±11.134
0.21
3
T700s-12000 筒体环缠绕
2
±89.132
0.19
4
T700s-12000 螺旋缠绕
2
±16.013
0.21
5
T700s-12000 筒体环缠绕
2
±89.132
0.19
6
T700s-12000 螺旋缠绕
2
±21.016
0.21
7
T700s-12000 筒体环缠绕
2
±89.132
0.19
计算模型
推荐选用铝内胆使用Solid95单元，碳纤维复合层使用Shell99单元。
计算过程
过程1：该气瓶从0MPa内压起，升到内压55MPa（预应力压力）；
过程2：接过程1，由55MPa内压，降到0MPa；
过程3：接过程2，受到预应力压力的气瓶再从0 MPa内压起，加压到30 MPa（工作压力）；
过程4：接过程3，从30MPa内压起，加压到50 MPa（水压试验压力）；
过程5：接过程4，从50MPa内压起，加压到102 MPa（最小爆破压力）。
判据
应力分布要求
（1）零压力下内胆的环向压应力应在内胆材料屈服强度的60~95%之间。
（2）工作压力下内胆的环向拉应力应不超过内胆材料屈服强度的60%。
（3）工作压力下纤维应力应不超过设计最小爆破应力的15%.
（4）爆破破口应位于筒体侧壁上。
参考书目
a) DOT-CFFC-2000 BASIC REQUIRENMENTS FOR FULLY WRAPPED CARBON-FIBER REINFORCED ALUMINUM LINED CYLINDERS
碳纤维增强铝合金内胆全缠绕气瓶
b) GB/T11640-2001 铝合金无缝气瓶
C) 复合材料结构设计
D) ANSYS11.0 结构与热力学有限元分析 （实例指导教程）
E) 现代有限元理论技术与工程应用
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