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结合气瓶的仿真结果,唠一唠圆孔集中应力集中的现象

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大概是今天睡得比较多,晚上反而不困了

     就简单的做了一个气瓶的铺层仿真,发现在瓶口位置出现了明显的应力集中现象,可能大家做仿真计算时候也经常会观测到这个位置应力大。

    为什么会出现应力集中现象呢? 我认为可以从弹性力学中圆孔应力集中进行解释;

所谓的圆孔应力集中值得是:

     圆孔应力集中是指在含有圆孔的构件中,当构件受到外力作用时,在圆孔附近的局部区域内应力显著增大的现象。

它往往有两个特点:

       (1)孔附近的应力高度集中,即孔附近的应力远大于远处的应力,或远大于无孔时的应力。

        (2)应力集中的局部性,由于孔口存在而引起的应力扰动范围主要集中在距孔边1.5倍的孔口尺寸(如圆也直径)的范围内,在此范围之外,可以忽略不计。

并且圆孔的直接越大,应力集中现象也就明显。

      了解GB/T 150《压力容器》的同学清楚,在GB/T 150中对针对开孔位置会进行补强处理。

1. 等面积补强法

原理基于开孔削弱的承载面积,用额外增加的补强材料面积来补偿。即补强金属的截面积应等于或大于开孔所削弱的壳体承压所需的理论截面积。 补强范围 通常在开孔的有效补强范围内进行补强计算。这个范围是以开孔中心为圆心,以一定的距离为半径的区域,包括容器的壳体、接管等部分。适用条件适用于一般的开孔情况,如圆形、椭圆形开孔等。但对于大开孔(开孔直径与容器直径之比大于一定值)或特殊结构的开孔,等面积补强法可能不适用。

2. 压力面积补强法(在某些特定条件下使用)

- 原理考虑了开孔周围的压力分布情况,根据压力作用的面积来确定补强的需求:补强计算通过计算开孔区域的压力面积以及相应的承载能力,来确定需要补充的材料面积。 适用情况对于一些特殊形状的开孔或者不符合等面积补强法适用条件的情况,可以考虑使用压力面积补强法,但使用范围相对较窄。

       而对于复合材料压力容器呢?我认为无非采用两种形式,

        一是减小瓶口开孔尺寸(我们可以看到仿真结果,应力集中的部位区域很小1.5倍的孔口尺寸内),二是在开口位置增加碳纤维。





来源:气瓶设计的小工程师
复合材料理论材料
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首次发布时间:2024-09-29
最近编辑:2小时前
气瓶设计的小攻城狮
硕士 从事IV储氢气瓶行业。
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关于气瓶内胆屈曲压力与施加外力的一个想法。

内胆的壁厚设计现在也往往是经验之谈,主要是考虑渗透率和屈曲,关于渗透率这个问题,其实内胆壁厚对其影响不大,尤其是改性后的PA料,国标42612中要求的内胆渗透率大概是10负15次方到负16次方,厚度对渗透率的影响不会超过一个数量级,因此可以忽略渗透率这个问题,除非你内胆厚度达到10mm,可能会减小一个渗透率。 对于屈曲来说,主要是计算一个内胆屈曲压力值,然后转换成外力,就可以算出外界需要施加多少的力,内胆才会屈曲。同样也就知道了缠绕时候,如果不对内胆充气,纤维张力应该控制多少合适,同理,如果充气后,屈曲压力就可以加上充气压力,再去算一个外力。😃 来源:气瓶设计的小工程师

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