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复合材料壳体的有限元分析

2023-04-09 21:19阅读：

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编辑：杭州那泰科技 www.nataid.com
复合材料壳体的有限元分析
复合材料壳体的有限元分析位移比相同强度的匀质壳体大得多，线性FEA假定壳体具有较小的位移和微小的应变，而几何非线性FEA假定壳体几何上具有较大的位移和有限的应变。因此，空间轴对称大变形有限元法允许壳体在一定的范围内调节位移，使壳体变形较为
一种用于纤维缠绕复合材料压力容器结构分析的FEM如图3所示。它通常具有100～10000个单元，定义每个单元需要3～8个节点。根据单元的类型，每个单元的节点拥有一定量的自由度。例如，在MSC/NASTRAN中，一个三角形单元拥有3～6
个节点，一个四边形单元拥有4～8个节点。每个节点拥有2～6个自由度，其中包括1～3个平移自由度和1～3个转动自由度。每个自由度需要一个方程进行描述。
典型的结构分析是静力分析，目的是求出纤维缠绕壳体的应力、应变和位移。实际上，FEA问题需要求解一组联立方程，其方程的维数等于FEM自由度的总数。一个拥有10000个节点的纤维缠绕压力容器壳体，其FEM至少拥有20 000个自由度(轴对称FEM)，至多拥有50000个自由度(板壳FEM)。要想在一个合理的时间内求解这样一个巨型方程组，即使采用最先进的矩阵求解技术，也需要大量的计算资源和能力。另外，因为输出文件一般非常大，所以常以图形方式处理分析结果，并用颜色区分应力、应变、位移和模态形状等物理量。这种输出非常直观，便于非专业人员检查和理解，对制造者来说也非常便利。
对于纤维缠绕复合材料压力容器，有许多设计标准可资利用。例如，对于防腐应用，主要有NBSPS15-69、ASTMD3299、ASTMD4097和BS4994等；对于空间应用，主要有MILL-STD-1522A。所有这些设计标准都采用简单的公式或方法来设计和分析容器的各个部分。
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