摘要：压力容器设有金属内衬及复合材料，解析了压力容器内在的压力数值。金属内衬具有缠绕的纤维，考虑到复合材质选取的厚度及铺设的角度。构建了材料模型，采纳弹塑性根本理论用作解析复合材质的压力容器。简化了数值解析必要的模型，观测内在的容器荷载变动。分析得到了与模拟模型彼此吻合的数值，表明解析的步骤是有效的。
关键词：金属内衬；纤维缠绕；复合材料；压力容器；数值分析
中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：
压力容器配备的金属内衬选取了纤维缠绕的工艺。缠绕纤维之后，依照描绘的应力变化曲线来判断容器是否失效。固化工艺是必要的，但复合材质及容器内的金属内衬有着差异较大的理化特性，也设定了不相等的缠绕参数。对此有必要辨析金属内衬制作成的压力容器数值，解析各个时点的变化数值。在这种基础上，确保各层次的缠绕都符合了应力曲线，确保固化应有的实效性。
1依照的根本原理
纤维缠绕状态的金属内衬可用作各类压力容器，含有复合材质。固化处理选取了这类工艺，但要顾及复合状态下的缠绕纤维特性、内衬的金属性。在衡量差异同时，还应辨析固化反应下的各阶段应力。现存的容器之中可划分多层次的不等应力，数值构成了梯度。应力场并非均衡，这就增添了不够均衡状态下的材质固化，变形及测定的应力也将偏高。复合材料由此显现了局部架构的缠绕纤维损伤，容器本体的承载属性也将减低。设定固化工艺，确保缠绕纤维拥有足够的应力，加快了原本的固化速率。这样做，减低了固化流程之中的容器质量弊病，杜绝制造缺陷[2]。最近几年，较多学者都注重了复合材质制备成的压力容器，探析内衬金属的若干性能。依照的根本机理含有热传导机理、反应动力学、复合材料采纳的原理。借助有限元解析衡量了固化进程附带的应力变更。
2数值分析的若干对象
2.1解析固化进程内衬金属容器配备的复合材质有着本身的承载特性及几何属性，辨析了压力容器关联的数据。解析工艺力学，假设为轴对称。固化状态代表着各时点的物理量，描述反应的总进程。化学反应释放着某一比例热能，因而筛选了某个时点以便于表述这个状态下的化学热能。构建传导方程，求解获取了热源场针对于固化进程的详尽分布。求解应能确保最优的收敛及稳定，解析数值借助于线性的局部思路。2.2解析传导性能热传导有着瞬时的属性，解析瞬时数值就应构建离散形态下的控制方程。针对于热传导，整合了时间及对应的空间域。选取了加权余量，在通用状态下构建了可辨别的坐标系。热传导含有空间域特定的二维解析，设定了有限元必备的控制方程。在运算步骤中，构建了正定对称矩阵，解析总体范围内的温度向量[3]。考虑到热源内在的精确密度、测定的边缘热流量、外在对流带来的边界温度。离散了关系式，选取某一时间区域对应着空间域。给定插值函数，经过推导获得了参量相应的关系式。模拟瞬时态势下的热传导，要慎重筛选必备的参量。这是由于，参量关系着运算得出的真实精度、必要的运算耗费、容器的稳定性。实验可以证实：选取设定好的时间步长，快速解析了热传导必备的数值，获得了最优的传导稳定性。2.3判断压力容器是否失效纤维缠绕层采纳了复合材质，解析这一层表现出来的热应力，这种进程要顾及非线性属性。应力场有着瞬时的表征，辨析了温度场之后，在选取的时间段之内运算了固化程度、相应的温度场。依照即时状态分布的温度场即可得到精准的力学属性。解析时，假定维持了恒定形态的力学属性。运算选取了纤维材质本体拥有的力学特性、相关固化程度。起初及后续固化的进程中，辨析了精准的弹性模量。扩散至某一时点，纤维将显现胶状的表层。化学硬化应力松弛有着内在的竞争因子，假定纤维材质在各个方向都含有等同的属性，运算得出了剪切模量。运算的公式为：E/(v+1)*2。在这之中，E代表弹性模量，v代表竞争因子。观察可以得知：纤维材质拥有较优的连续状态，模型显现了细微布设的力学表层。固化解析了数值，保温及升温步骤之内都可选取固化度关联的函数。针对于后续冷却，纤维将不再伴随温度而显现任一变化。2.4解析多类要素的耦合固化工艺针对于复合属性的内衬纤维，辨析工艺力学要考虑到积分，这种进程表现为非线性。解析工艺力学，要慎重辨析应力以及温度、固化度的变化、耦合形态的应力场。例如：设定了动力学采纳的固化方程，那么可借用时间及温度以此来代表固化度。这样做，代表着热传导在瞬态构造中关系到温度及时间。解析复合材料，固化度及测定温度显示出较强形态的彼此耦合[4]。采纳迭代算法，解决了常态的耦合难题，这种基础之上再去寻求分布的固化度及精确温度。在计算应力时，缠绕纤维的复合材质都可用作代表温度、时间等的函数。应力场拥有非线性的表征，可用作解析瞬态的特性。求解选取的完整进程可细分若干的段落，代表不同的时间。热压釜维持了恒定温度，选取基体相的某些材质。保持力学属性，探析了热物理的特性。
3分析的步骤
3.1构建几何模型。设定了起初的弹性常数、各单元配备的热学常数、热膨胀的系数。K代表了时间步，起初设定为0。依照描绘出来的固化曲线，求解得出分布情形下的容器应力。3.2针对于各个细化的节点，读出精准的应力数值。依照应力的变更，算出了节点配备的精确固化度。依照固化数值，算出应力变化的总体速率。依照了细观力学以便于衡量各单元配备的系数，辨析了热膨胀、弹性的系数等。3.3辨析了缠绕层内在架构的复合材质，衡量了热膨胀特定的系数、内衬相关的弹性系数。在这时，k代表的时间步可设定为k+1。计算了热应力，重复如上的步骤直至终结了固化的完整进程[5]。
4选取解析的实例
忽视了流动的纤维，算出热边界设定的条件。内衬配备的上下表层给定了18及26的放热系数。在加热容器内，复合材质选取的中心点也在不断变更固有的温度数值。经过观察得出：模拟结果吻合了实验获取的结果，这就表明压力容器模拟数值是正确的。假定了完好的粘结界面，同时衡量了轴对称的特性及容器几何属性。离散单元设定了对称形态的节点，测定了22W/㎡特定的放热系数。起初温度升高，容器外侧超越了内侧压力，压力沿着外侧渐次传递至内侧。纤维固化由此带来了释放的更多热能，产生固化反应。在后期分析时，内衬还会逐渐升温，由此超越了外侧起初的压力。评估了热应力、内衬压力的变更规律，对于评判压力容器表现的使用性能有着必要性，辨别了径向变更的压力。
5结语
数值解析给予动力学范围内的固化反应机理、复合材料及应力变化的机理。设定了有限元分析，考虑了变更的内衬性质及分布状态的应力。解析了典型数值，固化进展之中的分量应力可获得必要的峰值。由此可以表明：固化选定的初期将会显现峰值，代表着最大数值的应力分量。数值解析可提供更合适的工艺指标，针对于后续改进有着参照性。
参考文献：
[1]任明法,王荣国,陈浩然.具有金属内衬复合材料纤维缠绕容器固化过程的数值模拟[J].复合材料学报,2015（04）:118-124.
[2]陈浩然,任明法,王荣国.具有金属内衬缠绕压力容器成型全过程应力场分析[J].大连理工大学学报,2012（06）:785-791.
[3]王荣国,赫晓东,胡照会等.超薄金属内衬复合材料压力容器的结构分析[J].复合材料学报,2012（04）:131-138.
[4]吴耀楚,胡俊,李鹏.具有金属内衬的纤维增强复合材料压力容器的应力分析[J]矿井机电论文.化工装备技术,2013（05）:46-49.
[5]矫维成,杨帆,郝立峰等.含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计与制备[J].科技导报,2013（07）:18-22.
作者：张海洋 单位：西安石油大学
