林 峰 冯明扬

（1.杨凌职业技术学院机电工程学院；2.中国电子科技集团公司第三十八研究所）

复合材料由于具有突出的优点，在各领域得到了广泛应用［1］。但是，由于复合材料组分的复杂性，导致其本构参数、外部载荷等多种参数都具有诸多的不确定性，对于不确定性问题，通常考虑的是随机性问题［2］。 随机分析的关键在于确定每个随机参数的概率密度函数，因此需要充足的概率统计信息。 目前，研究学者们对结构随机可靠性方法进行了诸多研究［3～7］，而对复合材料压力容器结构可靠性设计的研究却很少。 为此，笔者对复合材料压力容器进行可靠性优化设计，为复合材料压力容器的可靠性预测与设计提供一种简便可行的方法。

1 压力容器模型及可靠性分析依据

1.1 压力容器模型

采用ANSYS 软件中的SHELL181 单元类型建立压力容器壳体结构模型，如图1 所示。 压力容器结构采用T800 碳纤维，正交铺设，共8 层，层厚1mm。 球形封头直径为350mm，筒体段是外径为350mm 的圆柱，圆柱段长500mm，设计内压力载荷为3.2MPa。 由于压力容器模型是对称的，为了减少计算时间， 取有限元模型的1/2 进行分析计算，同时对球形封头顶端施加固定约束。

图1 复合材料压力容器壳体结构模型

考虑到后续Monte-Carlo 模拟需要多次迭代，为了提升计算效率，需要合理选择有限元网格数量。 通过对最大环向应变值的比较，最终选用2 000 个网格对有限元模型进行网格划分， 此结果比更多数量网格的有限元模型更为保守，且不会造成结构失效。……