关于玻璃纤维复合压力容器绕轴成形过程的研究
Run Wu1, Wenlei Zeng1, Fangfang Li1
1School of Intelligent Manufacturing and Control Engineering, Shanghai Polytechnic University, Shanghai 201209, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|June 13, 2025
概括
本研究通过先进的模拟和实验测试验证了一种玻璃纤维增强复合材料低压容器设计. 经过验证的设计方法准确地预测了结构性能,这对于开发轻质复合材料压力容器至关重要.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 复合材料 复合材料 复合材料
背景情况:
- 与传统的金属设计相比,复合材料压力容器提供了优越的强度与重量比和耐腐蚀性.
- 复合材料的设计灵活性允许量身定制的性能特性.
研究的目的:
- 研究玻璃纤维增强复合材料低压容器的结构设计,绕过程,有限元素分析 (FEA) 和实验验证.
- 评估像CADWIND和Abaqus这样的模拟工具在预测船舶性能方面的准确性.
主要方法:
- 一个高密度聚乙烯 (HDPE) 层被吹成型,然后通过使用CADWIND模拟的三层线绕工艺.
- 在Abaqus中使用有限元分析来识别压力度和预测故障点.
- 为了验证,进行了实验性的水静电爆破测试,并对材料完整性进行了SEM分析.
主要成果:
- 发光线上线模拟确定了一个最佳的三层方案,计算厚度为0.375毫米,覆盖率为107%.
- 在FEA预测的故障是5.00 MPa,原因是极转换时的纤维断裂;实验测试证实故障是5.06 MPa (1.2%的误差).
- 头部密封是关键的,未密封的容器在2.46MPa时失败,而SEM证实了强大的纤维矩阵粘附和柔性骨折.
结论:
- 在FEA预测和实验结果之间的密切一致性验证了拟议的设计方法.
- CADWIND和Abaqus是预测复合材料压力容器结构性能的可靠工具.
- 该研究强调了正确密封对于确保复合压力容器完整性的重要性.
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