複合材料壓力容器可靠性分析

2021-03-04 09:44:39 字數 1815 閱讀 9879

可靠性分析在考慮各設計變數隨機分布的基礎上,將可靠性指標合理分配到結構設計的各個階段,最終實現結構高效能、低成本和減重目標的統一。發展和完善copv的可靠性設計理論和方法是其結構設計的必然發展趨勢之一。

然而,對copv進行可靠性的準確預報實際上十分複雜,涉及許多設計變數,而這些變數主要由以下因素所引起:①複合材料效能本身所固有的多相性、各向異性和非均質性;②copv的製造工藝過程中存在大量不確定性因素,如纏繞線型、聚合物基體含量及固化制度仁固化溫度、纖維張力、公升溫速度及恆溫時間等;③copv結構特性複雜,主要包括纖維效能、樹脂效能、纖維體積比、纖維纏繞角及其鋪陳順序等。

目前,複合材料工程結構可靠性設計的理論還不成熟,專門針對copv的可靠性分析與設計的相關文獻也很少,需要進行大量的深入研究。本文首次將有矩的邊界層理論與可靠性分析結合,給出更為合理的可靠性**分析。

1.2複合材料層合殼體分析理論綜述

複合材料壓力容器是典型的複合材料層合殼體結構。由於殼體存在曲率,造成幾何形狀的複雜性,與平板相比,平衡方程、幾何方程和本構關係均大大複雜化,使得殼體分析和計算要比板的分析困難很多。另外,在板的經典層合理論中認為材料的彈性性質沿板麵不變;但對於一般鋪層方式的複合材料殼體,除了圓柱殼外,一般很難使材料的彈性性質沿殼體表面完全均勻不變,這將更進一步增加分析的困難性。

因此,目前複合材料層合殼體的理論分析工作主要集中在圓柱殼或扁殼等簡單幾何形狀殼體,即便如此,其分析工作也沒有複合材料層合板分析那樣深入和充分。經典薄殼理論的基本假設為:①直法線假設:

垂直於殼中面的直線仍垂直於變形後的中面;②殼的厚度遠小於中面最小的曲率半徑;③垂直於中面的正應力遠小於其他應力分量,可以忽略;④小撓度理論:殼體的變形量很小,在幾何關係中可以忽略位移的二次以上高階小量。由此匯出的基本方程仍非常複雜,缺乏實用意義,因此需要進一步引入不同程度的簡化假設,從而形成不同的近似理論。

1.3複合材料結構可靠性分析的發展概況

將可靠性分析理論應用到複合材料結構設計與分析中是近些年發展起來的乙個嶄新領域。應用結構可靠性分析的數學原理,將複合材料結構各個基本設計引數視為隨機變數,在考慮其概率分布的基礎上對結構的強度分布和失效概率進行**和分析,。將可靠性理論與複合材料結構理論相結合是複合材料結構設計的必然發展趨勢之一。

目前,研究者們已對該領域進行了大量的研究工作。g.c.

eckold等對於**將概率統計理論應用於描述單向纖維複合材料強度分布進行了大量工作。zenben和rosen用累積衰減模型分析複合材料的複雜隨機破壞過程對其做了有效改進。研究了麵內載荷作用下複合材料單向板的可靠性。

s.b.batdorf等對單向複合材料纖維體積比對其強度離散性的影響作了大量理論及實驗研究。

在此基礎上,人們對承受各種載荷作用下考慮不同隨機變數的複合材料層合板可靠性進行了大量研究。g.cederbaum和i.

elishakoff研究了麵內載荷作用下考慮纖維強度隨機分布的複合材料層合板的失效概率。b.n.。

t.y.kam和s.

c.。。

a.m.hasofer和n.

lind首次嘗試將一次二階矩法用於複合材料層合板的可靠性分析中,並將結果與 montecar10模擬所得結果進行了比較,二者吻合較好。c.s.

honk和j.s.park將纖維纏繞角及材料效能作為基本隨機變數,在一階剪下變形理論的基礎上應用隨機有限元法模擬了複合材料層合結構的可靠性分析,極大推動了複合材料結構可靠性分析理論的發展。

a.beakou利用ansys有限元軟體對複合材料圓管結構的纖維纏繞角進行了優化模擬,並研究了各設計變數隨機分布對最佳纏繞角的影響。s.

c.lin分別應用 monte carlo法和一次二階矩法對受橫向載荷作用的複合材料層合板進行了可靠性**,並**了幾種強度準則對複合材料層合板可靠性分析的適用性。

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