乔栋，吕贝贝

（山西大同大学，山西 大同 037009）

复合材料高压气瓶强度有限元分析

Finite element analysis of strength of composite high pressure cylinders

乔栋，吕贝贝

（山西大同大学，山西 大同 037009）

为了获得复合材料高压气瓶在满足强度要求时应具备的条件，本文以高性能碳纤维缠绕复合材料高压气瓶为对象，利用有限元软件Marc对其强度进行研究，并与相同规格的纯钛合金高压气瓶对比，研究表明复合材料的引入显著提高了高压气瓶的强度。

熔体流动速率；接样装置；样条；设计及优化

以碳纤维/环氧为代表的先进复合材料，具有比强度高、比刚度大和可以人为设计材料性能等一系列优点[1]，可以大大提高结构性能、减轻结构重量，提高经济效益，已广泛应用于航空、航天、核工业、机械等重要工业部门[2~4]。然而复合材料具有各向异性、不均匀性的特点，对其力学性能的研究将涉及到大量复杂的力学、数学问题[5]。复合材料因其比强度和比刚度很高，而常常做成薄壁轻型结构形式[3]，如多层、夹层和加筋结构的梁、板和壳，特别是加筋板壳以少量筋条材料为代价，能大幅度提高其弯曲刚度，设计安排灵活，适应性强，制造工艺简单，造价低，充分发挥了材料和结构性能两方面的优越性。然而，由于复合材料薄壳本身的各向异性性质以及材料的物理非线性和薄壳失稳的几何非线性等多种因素的影响，使得结构稳定性的求解十分复杂和困难[3]。

本文利用有限元分析软件Marc，对复合材料高压气瓶的强度进行了分析。得出气瓶满足强度要求时应具备的条件，为结构设计提供了可供借鉴的理论基础和计算方法，对工程实际具有指导作用。……