复合材料压力容器热力耦合应力分析

陈思宇，张文华

（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院，新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 1 1）

复合材料压力容器热力耦合应力分析

陈思宇，张文华

（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院，新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 1 1）

压力容器在我国社会活动中被广泛应用，但是由于其自身具有易燃性和易爆性，也存在安全隐患。因此要严格管理压力容器设计环节和制造监测环节，提高压力容器运作材料质量，增加其制造安全性和规范性。本文主要就关于复合材料压力容器进行分析。

复合材料；压力容器；热力耦合应力；研究分析

负荷材料压力容器热力耦合应力分析，包括对复合钢板热力耦合应力阐述分析，复合钢板筒体应力分析、复合钢板半球形设备进行应力估测等等，利用复合钢板建模形式，利用数学公式进行运算，并对其运算结果进行验证，构建限元体系，保证其运算数值相互吻合。

1 负荷材料压力容器类型

经济和科学技术不断发展促进了我国工业化进程。例如，我国煤炭产业发展，需要具有一千摄氏度的容器设备。快中子方法的应用，要对高温材料和容器设备安全性进行保障，进而给予容器设备材料性能更高要求。以往的金属和塑料材料已经不能符合当下工业材料发展需求。随着社会进步，符合材料应时而生，包括符合钢板材料、纤维材料等等，在国内外广泛应用。

1.1 复合钢板容器装置

把多样化金属材料进行整合，在整合后其表面之上的金属材料部分，具有极强功能性和效益性。把母材和钢板进行结合的材料，叫做复合钢板，在工业化活动中发挥重要作用。随着经济和科学技术进步，工业化对不同材料要求越来越高，使得复合钢板材料备受关注、包括受到建筑业、汽车制造业、化学制造业等等产业关注。依据压力容器性能，在得到安全性保障前提下，对于其使用材料性能不必使用财务支出较高的金属材料，可以利用抗氧化能力较强、财务支出较少，保证材料性能最好，保障质量同时降低财务支出的。复合钢板出现在大众视野。在压力容器制造活动中，复合钢板材料运用具有多样性特点，利于利用不同制造手段，制作多样化容器装置。

1.2 纤维缠绕类型容器装置

纤维缠绕类型容器装置包括圆形装置、筒形装置、球形装置和四方形装置等等。其中，对于圆形装置来说，其包括环形连接、竖直连接和螺旋连接着三种形式。纤维缠绕类型容器装置具有以下几个特点。其一，材料性能较高，比模系数较高。在比模系统和承载力相同情况下，来判断材料重力和刚性能的材料。对其判断结果显示，复合材料具有高比强率，和传统的压力容器设备材料相比较，其不仅具有便捷性，也具有牢固性和稳定性，具有极高承载力。其二，可以对运作活动进行监管，增加压力容器运作安全性。一旦纤维缠绕类型容器装置外部不同环节伴有断裂和性能降低情况，其不会随即产生燃烧和爆裂行为，仅仅那会带来液体流出现象。因此，为压力容器运作活动中安全管理工作增添便利性，降低了恶性事件发生频率。其三，简单灵活。财务投入较少。其四，可以根据具体情况，进行压力容器的构建。

2 热力耦合应力阐述分析

2.1 复合钢板热力耦合应力阐述分析

复合钢板容器设备是利用多样化金属表面构建，来进行压力设备运作活动，达到任务发展目标。一般来说，其主要覆盖层利用高质合金材料，其表层利用金属材料进行构建，主要覆盖层和表层之间，利用热套等技术进行整合。复合钢板具有较高性能，可以抵挡不同外来物体侵蚀，具有较高稳定性和安全性。其在不同工业活动中广泛应用。如加氢设备制造活动中。对于复合钢板热力耦合应力进行分析，相关研究人员建立在压力环境下，利用多层容器设备，研发了线弹构建导图，利用这一模型进行应力分析。对于相互关联的两个层面应力，利用数学算法进行运算。相关学者也把自增强与缩套因素对复合钢板热力耦合应力影响考虑在内，以保证复合钢板容器设备使用效果最大化，保证其使用寿命。其也分析了多样化负载力和压力环境中的圆形容器设备应力和筒形容器应力，给出状态环境法判断内压力和扭曲变化力的应力。为了简化运算环节，上文阐述均是把压力设备转为圆筒，没有把虑封涵盖在内。从实际运作活动来看，虑封对应力具有极大影响。尤其是在多样化层次体系和负载力较大情况下。热负载力也对复合钢板人力耦合应力具有极大影响，其可以利用微分方法进行判断和分析，利用有限元平台进行结果检验和判断活动。

2.2 复合钢板筒体应力分析

对复合钢板筒体应力分析包括以下几个方面。其一，对复合钢板筒体问题进行分析，为了满足其在内力压力和温度压力环境下，增强复合钢板压力容器的承载力，首先要对其运作活动进行假设构建，保证各个环节材料性能相同、各个环节紧密结合、物流理论和胡克理论符合、不同环节轴对称等等。其二，进行基本运算。在保证上述条件下，利用基本方程进行运算，给出温度数值和热力变化差。其二，对边界环节估测。其三，对应力进行计算。

2.3 复合钢板半球形设备进行应力估测

对复合钢板半球形设备进行应力估测，对这一环节进行估测和复合钢板筒体应力分析环节相同。在对复合钢板筒体应力分析和边界环节估测后，展开复合钢板热力耦合应力运算，利用复合钢板建模形式和数学公式进行运算，并对其运算结果进行验证，构建有限元体系，保证其运算数值相互吻合。

3 复合材料压力容器研究和分析

3.1 纤维缠绕设备构建体系

纤维缠绕设备构建包括以下几个环节。其一，构建纤维缠绕设备的紧急管理技术。利用预紧手段，把内衬环节带来的应力与任务载荷整合，进而降低应力压力，增强纤维缠绕设备的压力抵抗能力和重量承受能力，保证压力容器设备安全性最大化。对于这一技术手段，通常利用缠绕手段进行构建，增加自紧前后压力承受能力。其二，纤维缠绕设备的构建强度基础，包括应力最大化理论、变强度最高原则、蔡希尔理论、霍曼夫理论等等。在不同科学理论和原则基础上，增加纤维缠绕设备构建强度和理论性。

3.2 A N S Y体系非线性阐述

A NS Y体系非线性阐述，涵盖以下几个方面。其一总体构建非线性。总体构建非线性具有三种形式：状态变化、几何变化、材料变化。状态变化包括对整个运作体系结构和分线性变化有关环节。几何变化是因为受到影响，产生形状改变现象，几何形状的变化会对非线性体系带来影响。材料变化是指在受到变化力影响后，材料架构的非线性变化。其二，弹性力度阐述。在众多项目中，其在运作时都会依据线性应力和改变应力结构和关系。当其逾越一定数值后，应力性质就会发生变化，进而带来非线性现象。塑性具有不可以恢复特点，是和运作线路途经具有关联线性，进而其运作顺序对应力分析具有影响。其三，A NS Y体系非线性阐述。对于A NS Y体系非线性阐述主要是利用拉普森理论来阐述非线性现象。在拉普森努力下，把承载力划分为多样化步骤。利用拉普森理论进行运算，可以把每一个环节差值进行准确估量，如可以把回复力和承载压力进行差值运算。进而进行非线性运算，监测其有没有进行收敛。假使不能符合收敛要求，就会进行二次计算，重新构建矩形导图，求出新的数值。A NS Y体系非线性具有多样性特点，给出众多收敛建议和举措。A NS Y体系非线性在运作时涵盖三个环节。首先，研究分析载荷步骤的形成时间和运作范围，保证每一步伐都具有非线性特点。其次，在保证每个载荷步骤后，对其进行观察和加载、运算，给出数值。最后整个A NS Y非线性系统会在每一个步骤内，来进行均衡运算保证收敛解。

4 结语

我国经济飞速发展，促进了我国工业化进程，使得各行各业对不同压力容器需求不断增大，尤其是对复合材料压力容器。包括复合钢板容器装置、纤维缠绕类型容器装置、复合钢板半球形压力容器设备等等。其中纤维缠绕类型容器装置包括三种不同形式，圆形装置、筒形装置、球形装置和四方形装置等等。不同类型复合压力容器设备在不同工业活动中发挥极大作用，促进了企业发展，实现了资源合理配置，满足我国可持续发展战略。

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