復合材料氣瓶在空間系統(tǒng)中逐漸取代全金屬氣瓶而得到越來越廣泛的應用。利用AINSYS大型有限元程序建立復合材料氣瓶及其內(nèi)襯的有限元模型，建模中將纖維纏繞層作為復合材料層合板處理，考慮了封頭處纏繞層厚度及纏繞角沿子午線不斷變化的情況。建立了氣瓶整體結構的特征值屈曲分析與非線性屈曲分析有限元方程，并分別進行了氣瓶整體結構和內(nèi)襯的外壓失穩(wěn)（屈曲）分析計算，得出了氣瓶整體結構及內(nèi)襯的屈曲模態(tài)形狀和臨界外壓。
在保守載荷系統(tǒng)作用下的彈性結構存在2種可能的屈曲形式，即分支點屈曲和極值點屈曲。分支點屈曲可以用傳統(tǒng)的經(jīng)典線性理論來研究，它除了在數(shù)學上作線性化處理外，還假定結構是完善的，即沒有初始幾何缺陷，也不存在載荷的偏心，其求解失穩(wěn)載荷問題是一個求解特征值的問題。在工程上許多結構都含有初始缺陷，或存在載荷的偏心，它在變形途中存在一個最大載荷，達到最大載荷后，變形會迅速增大而載荷而下降，這樣的屈曲屬于極值點屈曲。對于這類屈曲問題利用非線性分析是比較合理的。
空間系統(tǒng)使用的高壓氣瓶對于可靠性和安全性要求很高。本文所研究的對象是空間系統(tǒng)用復合材料高壓氣瓶，該氣瓶采用了新型材料結構，在國內(nèi)沒有成熟的設計技術和經(jīng)驗可以傳承。而氣瓶在加工、試驗及加注時有受外壓的情況；氣瓶在纏繞加工時，內(nèi)襯受纖維纏繞張力的外壓作用，纏繞完成后在未充氣狀態(tài)時，由于纖維的纏繞張力作用，因而也是處于壓應力狀態(tài)。外壓達到一定值時氣瓶結構可能發(fā)生屈曲失穩(wěn)，所以對整個氣瓶和內(nèi)襯分別進行外壓下的結構穩(wěn)定性分析是十分必要的，分析結果可以為氣瓶設計、加工和使用過程提供參考數(shù)據(jù)。
用有限元對大型復雜結構進行結構力學分析計算是工程上普遍使用的最有效的方法之一，而利用有限元理論建立與實際結構相一致的有限元模型是進行結構分析的基本前提和關鍵。只有建立了正確的有限元模型，隨后的分析計算才得以順利進行。
魯ICP備2021047099號