无焊缝连接金属内衬复合材料压力容器的制备工艺

压力容器是可能引起爆炸等危害性较大事故的特种设备，纤维缠绕复合材料压力容器由于其先漏后爆等特性在石化等领域得到广泛应用，本文基于纤维缠绕工艺特点提出无焊缝连接金属内衬复合材料压力容器结构，通过缠绕工艺解决内衬封头与筒体间连续性问题，发明辅助成型工装实现新型内衬结构缠绕成型问题，新型容器可承受110Mpa爆破设计压力。     

复合材料压力容器及其相关问题研究

纤维缠绕增强复合材料（Fiber Wound Reinforced Plastics,FWRP）压力容器是由高强度连续纤维经聚合物基树脂浸渍后在一定形状的芯模（或内衬）上缠绕固化而成。由于其具有比强度高、比模量大、可实现等强度设计、抗疲劳性能好、耐腐蚀等优异性能以及便于大尺寸整体成型的特点。从上世纪七十年代起,为了最大限度地减轻压力容器重量,科技人员研发了由内衬与外缠绕复合材料增强层的复合压力容器技术。这种采用这种轻质高强的新型复合材料来研制抗爆容器已在众多领域中逐步取代金属压力容器,在国防高科技与民用领域得到了广泛应用。     

含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计与制备

 随着新能源汽车、火箭发动机系统、卫星等新技术和新装备的不断发展,对其携带液体燃料和高压气体的压力容器提出高气密、轻质量、长寿命的苛刻要求.对此,本文提出一种含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计与制备技术.研究了缠绕纤维与芯模表面间滑线系数的表征方法,提出了基于工艺可实现的精密缠绕理论;研制出0.8mm厚超薄铝合金内衬;建立了仿壁虎脚结构的界面层设计理论模型,制备出超薄金属内衬与复合材料层间的超强界面层;掌握了复合材料结构的损伤自修复方法,提高了复合材料压力容器的可重复使用次数,所研制的轻量化复合材料压力容器相比同容积、同压力的金属容器减重70%.     

缠绕复合材料固化残余应力分析

本文利用傅里叶热传导方程、基体的固化动力学方程以及复合材料在固化过程中的力学性能本构模型,建立缠绕复合材料结构的固化工艺以及残余应力应变分析模型,分析计算研究复合材料固化过程中产生的残余应力。计算结果显示：缠绕复合材料最外层的残余应力均为正应力,最内层的残余应力均为负应力;缠绕复合材料的内径、层数、纤维体积分数、基体化学收缩比以及固化工艺温度对残余应力的影响较大。     

固化工艺对纤维缠绕炭纤维增强复合材料力学性能的影响

以NOL环试样的拉伸强度作为考察指标,通过对T700/E-51复合材料的固化制度进行正交试验设计,研究了固化工艺对纤维缠绕炭纤维增强复合材料力学性能的影响。对试验结果进行了极差分析和方差分析,结果表明,通过正交试验设计方法研究固化工艺对复合材料性能的影响,可以大大减少试验次数;后固化温度下的保温时间对试件力学性能影响最大;目前采用的固化制度不是最优组合,需要进一步寻求最优组合。     

缠绕复合材料结构固化残余应力的数值计算

利用傅里叶热传导方程、基体的固化动力学方程以及复合材料在固化过程中的力学性能本构模型,建立缠绕复合材料结构的固化工艺以及残余应力应变分析模型,分析计算研究复合材料固化过程中产生的残余应力。计算结果显示:缠绕复合材料最外层的残余应力均为正应力,最内层的残余应力均为负应力;缠绕复合材料的内径、层数、纤维体积分数、基体化学收缩比以及固化工艺温度对残余应力的影响较大。     

基于正交试验法的复合材料固化工艺规范参数优选

在复合材料固化过程中,选择合适的固化工艺规范不仅可以制造出质量较为均匀的制品,而且还能最大限度的降低能耗、节约成本。本文采用正交实验法对双马来酰亚胺树脂复合材料固化工艺规范中的几个关键参数,即升温速率、保温温度、降温速率进行优选,得到固化时间较短、能耗较低的固化工艺规范。     

T-800碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究

针对制备高性能碳纤维缠绕复合材料的要求,以TDE-85树脂为主体树脂、AG-80树脂为添加树脂,选用混合芳香胺固化剂,研究了一种适合于T-800碳纤维复合材料缠绕成型的树脂基体。结果表明,该树脂的黏度和适用期可满足湿法缠绕成型工艺要求,其浇铸体具有优异的耐热性能与机械性能,而其制备的T-800碳纤维复合材料界面粘接好,缠绕强力环层间剪切强度达到81MPa、拉伸强度高于2500MPa,适合T-800碳纤维的湿法缠绕成型。     

离心渗透铸造产生液固共熔现象的数值计算

在离心渗透铸造工艺中,如果Al2O3颗粒预热温度过低,当渗透前沿达到一定深度时会出现瞬态液固共熔现象．针对离心渗透铸造工艺中金属铝熔液在旋转的Al2O3短纤维预型体内的充型过程,研究伴随有瞬态固化和再熔现象的流场温度分布,分析渗透前沿推移速度和再熔前沿推移速度的影响因素,提出各界面的移动速度计算公式．对这两个移动边界进行数值计算,得出程序收敛的判断标准．数值计算的结果得出了不同工况下,温度分布、压力分布和渗透速度分布图,对离心渗透铸造金属基复合材料的实际工艺起理论参考作用。     

复合材料基体固化成型工艺综述

树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、抗疲劳性能优良、工艺性能良好及具有可设计性等特点,一直受到工业界的重视,各种复合材料产品被应用到各行各业,尤其是在航空航天领域。复合材料从原材料到形成制品的过程,都需经过固化与成型,方法已经有几十种。文中介绍了国内外复合材料主要的基体固化方法、成型工艺和相关研究;固化方法主要有热固化、辐射固化与微波固化等,成型工艺主要有模压成型、渗透成型、缠绕成型与拉挤成型等;同时,对工艺研究与应用也进行了展望。     

稳态温度场下自增强残余应力松弛模型研究

针对高压聚乙烯反应管自增强残余应力在温度影响下的松弛现象,运用金属材料的蠕变理论和弹性力学理论,建立了稳态温度场作用下剩余自增强残余应力的理论预测模型.该模型的计算结果和实验结果吻合.     

T700纤维缠绕发动机壳体力学性能分析及优化设计

利用网格理论计算纤维缠绕固体火箭发动机壳体的基本尺寸,建立有限元模型,施加边界条件,在壳体承受内压的情况下,分析应力应变结果云图,研究容易发生失效的部位;采用有限元优化设计软件中尺寸优化的方法,在满足使用设计和使用需求的前提下,对纤维缠绕壳体进行质量优化,分析优化后的结果,研究单层厚度的变化,并对优化后的结果进行强度校核.结果表明:优化后的纤维缠绕壳体质量减轻12.09％,强度校核的结果满足设计使用需求,优化方法设计安全合理,为纤维缠绕发动机壳体的优化设计提供理论基础.     

自增强三维高压油管的疲劳寿命预测

基于弹塑性理论的自增强技术可以提高高压油管的使用寿命.对三维高压油管进行了弹塑性有限元分析,通过计算油管的残余应力,探讨了自增强技术在提高油管寿命方面的研究与应用.对不同自增强压力下的油管在工作压力作用下最大应力值进行比较,确定了最佳自增强压力.基于应力-寿命法,应用MSC.Fatigue软件对自增强前后高压油管的疲劳寿命进行预测,结果表明自增强后三维高压油管的疲劳寿命与未进行自增强处理油管的疲劳寿命分布有着明显的差异,自增强前最小疲劳寿命区位于内壁,而自增强后最小疲劳寿命区分布在壁间,自增强技术使油管最小疲劳寿命提高了5倍以上.     

角钢成形过程三维有限元热力耦合模拟

应用MARC／autoforge商用有限元程序,采用大变形弹塑性有限元方法对角钢的轧制过程进行了三维有限元热力耦合模拟．对模拟过程中涉及到的变形、温度场和宽展等进行了分析和探讨,重点分析了角钢异形孔中轧件的变形和应力分布．数值模拟的结果和现场实际轧制的情况进行了对比,结果证明数值模拟结果与实际轧制情况相符合．     

金属切削温度场数值模拟的若干问题研究

基于理论分析和实际有限元数值模拟计算中遇到的问题,研究、讨论了切屑分离标准、表面接触、摩擦系数的设定、切屑与工件之间的连接以及热应力耦合分析等各项技术,并应用大型有限元分析软件ANSYS,具体分析了金属切削过程中应力和应变的变化、剪切面的形成以及温度场对金属切削的影响,并依此对刀具作强度分析,得到若干结论。     

自增强残余应力松弛影响因素的灰色关联分析

引入灰关联方法,分析了稳态温度场和交变压力对自增强残余应力松弛的影响情况.结果表明,在稳态温度场和交变压力的共同作用下,温度对自增强残余应力松弛的影响比交变压力的影响更大.     

有限体积法仿真金属塑性成形的基本理论

基于有限体积和塑性成形基本理论，推导出金属塑性成形的有限体积质量方程、动量方程、能量方程等控制方程，给出有限体积单元的速度分量和温度关于时间的微分方程，并提出了求解成形体的速度、温度、应变速率和应力等物理场量的计算方法。从而建立起了用有限体积法对金属塑性成形进行数值模拟的基本理论体系。     

聚合物涂层与沥青混凝土衬砌渠道冻胀模拟

为了研究青混凝土与柔性增强涂层材料两种防渗抗冻胀技术的有效性,采用有限元分析软件ADINA,对其进行温度场、变形场及应力场仿真分析,研究了衬砌板的冻胀变形及其法向冻胀力和切向冻胀力分布规律,并分析衬砌板的应力及破坏规律;通过与普通混凝土衬砌对比分析,指出采用沥青混凝土、柔性增强涂层材料等柔性防渗抗冻胀材料不仅能使衬砌板的冻胀量及冻胀力更加均匀,而且通过释放变形,可使其法向及切向冻胀力减小25%～46%,可有效控制衬砌渠道冻胀破坏.     

随焊氩气激冷控制铝/钢薄板焊接应力与变形数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS,对不同焊接工艺条件下铝/钢异种金属薄板对接熔钎焊接过程进行数值模拟,建立了TIG电弧热源与氩气冷源模型,将常规焊接和随焊氩气激冷焊接的残余应力与变形进行对比分析,研究发现:随焊氩气激冷技术可使焊接纵向残余应力和变形分别降低32.8%和48.1%。为了验证数值模拟结果的准确性,进行了铝/钢异种金属薄板熔钎焊试验,将温度场与应力场的模拟值与试验值进行对比,结果显示两者吻合较好,表明随焊氩气激冷技术可有效控制铝/钢薄板焊接残余应力与变形。     

基于磁热耦合特性的水轮发电机定子温度预测

为避免水轮发电机运行过程由于定子温度过高产生故障,保障其性能的正常发挥,建立了水轮发电机温度场分布模型,提出了一种温度预测方法。首先,以张河湾抽水蓄能电站的水轮发电机为基础,依据电磁场理论,对发电机在工况下电磁场和定子部分损耗进行分析,建立其三维有限元模型;其次,运用磁热耦合特性计算获得发电机定子温度场分布;再次,采用人工鱼群算法(AFSA)和BP神经网络算法相结合,构造定子绕组和定子顶部的温度预测模型;最后,将仿真结果和监控改造后的实测数据进行对比验证。结果表明,通过人工鱼群算法对BP神经网络优化,提高了定子温度预测模型的精度。本文给出了有限元仿真模型和AFSA-BP温度预测模型,为大功率水轮发电机定子温度故障分析以及电机的设计优化提供了参考。