浅谈复合材料压力容器的性能.pdf

术
浅谈复合材料压力容器的性能
内藤古工业大学化工学院一张娟
关键词>复合材料压力容器性能
摘要:
压力容器的使用范围很广泛,但因为其是一种承压设备,在使用过程中具有很大的危险性,在压力容器的设计过程中,选用合理的压力容
器材料是其设计中的关键步骤,这对后期容器的性能起到了决定性的作用,所选材料的耐腐蚀性及机械强度都会对压力容器的使用状况造成影
响,随着工业水平的提高,对压力容器的性能参数有了更为詩刻的要求。通过阐述压力容器的设计制造现状及特点,提出相关的应力分布计算
方法,分析造成复合材料压力容器失效的主客观因素,对复合材料压力容器的设计制造具有一定的参考作用。
压力容器目前广泛应用于航天、能源、化工下优良特性:(1)具有很好的韧性,钢制压力对于一些较为复杂的问题的分析,可采用数值分
等领域,它是能够承受一定压力的设备,随着Tに容器在压力作用下具有破坏突发性,复合材料中析法进行分析,对复合材料压力容器的载荷进行
业技术对压力容器更严格的要求,压力容器需要的基体能够与增强材料有效的结合,能够将载荷分析的数值分析法主要有:有限元混合法、有限
具备更好的性能来满足工业发展的需要,然而压进行平衡的传递,有效的防止裂纹的扩展,使材元位移法、应力杂交元法、边界元法等方法
力容器的材料、介质条件、温度、设计压力等因料的断裂韧性得到有效的提高;(2)具有很强
复合材料的压力容器为轴对称结构,受压均
素都会影响到压力容器的性能,这也使得压力容的耐腐蚀性能,和传统金属比起来,复合材料具匀,金属内衬的力学平衡方程为:
器在使用过程中具有一定的危险性。压力容器的有很强的耐腐蚀性能,不需要做特殊处理就能满
d5S_-
材料对压力容器的性能起着决定性的作用,在压足压力容器的耐腐蚀要求,直接将其应用于工业
力容器材料上的技术突破,对整个压力容器的设生产当中:(3)复合材料具有密度小的特点
几何方程为
计制造具有重大意义,材料的耐腐蚀性及机械强一般情况下,复合材料选用金属、陶瓷或是一些
度等性能,对压力容器的使用状况都有重要的影聚合物等材料作为基体材料,它本身的密度就不
大,与增强材料融合后,密度值更低;(4)具
上式中,x、Ee、Ex分别是指容器
过去的压力容器的材料大多是金属板材,容有较高的机械强度,目前,复合材料主要是将一的径向、周向、轴向应变。x、O8分别是指
器的内衬通常采用耐腐蚀的合金钢材料,为了提些纤维产品作为增强材料,如果发生材料过载或容器的径向、周向应力。应力应变之间的物理方
高机械强度,在其外层进行金属板包扎,但是金少数纤维断裂,教荷会被迅速的重新分配到未被程为:
属材料具有造价高、密度大的特点,将合金钢材破环的纤维之上,整个构件不会在短期内失去承
料应用于腐蚀严重的场合,会给工业生产造成很戟能力。纤维材料本身的形变能力就很好,具有
(]-g ts
大的不便。复合材料出现之后,由于其具有各种很高的强度,再与基体材料结合,强度性能会提
其中,复合材料压力容器的应变,O
优点,被广泛应用于手エ业生产当中,尤其是在航高数倍,用它制成的容器会具有很好的强度,刚指复合材料压力容器的应カ,,」指正交各项
天技术方面的应用,航天器技术风险对复合材料性好,质量也很好。
异性体的偏轴刚度系数矩阵。
压力容器的发展应用起到了很大的促进作用,由
1.2.复合材料压力容器的设计及制造现状
3,复合材料压力容器的失效因素
于复合材料的良好性能,也广泛应用于工业容器
随着工业水平及要求的提升,复合材料在压
复合材料压力容器失效的主要形式有两种,
的设计当中。
力容器制造中的应用越来越广泛,特别是应用于即复合层爆破、内树泄露两种。引起复合材料应
1.复合材料压力容器的概述
小型压力容器的制造中。复合材料压力容器通常力断裂的主要素是容器的结构性能,除此之外
1.1.复合材料压力容器的特点
采用金属的内树,再用碳纤维等复合材料进行外还有载荷周期、撞击损伤、内衬泄露、外界环境
IS0(国际化标准组织)为复合材料给出了包扎成为强度层的结构型式。目前,我国复合材等客观因素会造成压力容器的应力失效。
这样的定义,复合材料是指,有两种及两种以上料压力容器的设计常采用网络理论来进行网络分
,结束语
的具有不同的化学及物理性质的物质组合而成的析。网络理论认为由纤维连续缠绕制成的容器具
复合材料由于具有很好的耐腐蚀性及机械强
种多相的固体材料。这些材料中,其中-种作有受力均匀、纤维分布均匀的特点,载荷都由纤度,被广泛应用于压力容器的制造中,在各个应
为基体,其他的材料是为增强体组合而成的材料。维承担,不计基体刚度。通过网络分析可以得到用方面都取得了很大的进步,但是复合材料的压
这些材料组合在一起,在性能上具有互补作用,纤维的厚度、缠绕方向、应力等数据。
力容器的研究空间还很大,具有很大的研发价值
能够产生协同效应,这样的复合材料的综合性能
日前的复合材料压力容器的制造方法,大多空间,有待进一步研究
比任何一种材料的单独性能都要好,能够满足各采用纤维缠绕的工艺方法,由连续的纤维提供产
参考文献:
种不同的材料要求,这种复合材料不仅具有材料品所需的刚度及强度,可以对容器的筒身进行螺
】骆晓玲,刘亮亮.复合材料压力容器的
与结构的统一性、可设计性、复合工艺的依赖性、旋缠绕,为了满足疲劳性及气密性要求,采用延性能分析[J].机械设计与制造,2011(5)
复合材料的优越性等性能,还具有良好的减磨耐展性好的金属材料。
[2]刘静,孟爱成.浅谈复合材料压力容器
暦、稳定的化学性能、电绝缘性、耐疲劳性、自
2.复合材料压力容器的应力情况
的性能J.」机电信息,2013(10).
润滑性及良好的耐热性能。正因为复合材料具有
复合材料结构的生产与成型是一起完成的,
作者简介:
诸多的优良性能,使得其在制造业以及压力容器能够将材料内部纤维结构完整的保存,使复合材
张娟(1989-),女,汉族,陕西神木人,
制造中具有其独特的优势。
料具有很好的机械强度。但由于纤维结构沿壁厚内蒙古工业大学化工学院硕士研究生,从事压力
复合材料应用于压力容器的制造中,具有以上的分布不均匀,对其进行应力分析比较困难,容器复合材料研究。
O8 Machine China中国机械