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[复合材料] 复合材料高压气瓶有限元建模

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发表于 2017-7-24 11:39:12 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 上海
为什么复合材料高压气瓶的有限元仿真软件清一色都是用的Ansys?除了传说中的WCM模块,难道自己创建这样的模型做不到吗?可能是我还没学会要领,感觉ABAQUS建立复合材料高压气瓶手段有限,主要是复合材料层单元创建采用三维实体的Bottom-up的方式就限制了其应用范围。特别是气瓶封头段的变厚度复合材料铺层建模真是没有头绪,即便是手动创建单元再将单元节点合并形成变厚度的效果,但是即便如此繁琐的方式给人的感觉还是不好,效果肯定没有创建一个想要的截面旋转一下来得好。如果可以,通过截面旋转后同一层复材铺层的单元数量在厚度方向不一样这样定义复材层可以吗?即便可以,精度会有影响吗?
 楼主| 发表于 2017-8-16 15:28:18 | 显示全部楼层 来自 上海
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zsq-w 发表于 2017-8-15 20:58
1 做个压力容器,在瓶口位置(或者有nozzle的位置)比较正常。  2 思路不错。 不过考虑到纤维层存在收缩 ...

版主,您好!
很高心看到您的回帖。首先跟您说下图中空隙部分我现在是怎么处理的,我创建了三角形的cohesive element,用粘胶剂填充螺旋线纤维与环向纤维交接部位的空隙。现在我做出模型结果显示:
1:最最最让我有点担心结果是,我做出来的压力容器应力结果显示是不均匀对称的,而参考部分论文,人家说这个结果是对称的。在截面部分添加的边界条件是轴对称的方式,这个我跟其他做部分截面瓶身的仿真边界条件设置是一致的,照他们的说法,内胆收到均布载荷,截面(内胆与纤维)边界条件又是轴对称的,那么结果在环向上就是对称均匀的。但是截面上是有螺旋向的纤维层的啊,这几层的受力应该不至于是对称的,虽然螺旋向铺层也是正负对称布置(比如正负15度等),数量相同的,具体参数可以参考我的模型里面的数据。不知道关于这一点您能不能谈谈您的理解。
2、关于封头部分碳纤维堆积厚度变化的问题,因为封头厚度大小影响的是压力容器纵向的变形量,现在螺旋向的铺层在封头部分是等厚的,这样的仿真结果肯定不行,这样仿真后压力容器纵向变形明显大于实际情况。现阶段我对于在abaqus软件创建变厚度单元的复合材料铺层还是没有办法(因为在abaqus创建方式是bottom-up),版主是否有什么手段。
3、关于碳纤维铺层的张紧力的设置不知道您有什么看法。因为这个肯定影响碳纤维的力学特性,对于压力容器的自紧后的残余应力也是有影响的,现在在模型里面没有关于这方面的设置,但是实际情况碳纤维铺层的时候是加了张紧力的。
最后,再次分享下之前论坛网友提供的关于压力容器创建工具wcm插件的介绍视频,相信看完这个对于压力容器的仿真模拟有一个更好的认识。
链接:http://pan.baidu.com/s/1b3O2po 密码:bqvx
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发表于 2017-8-7 21:20:44 | 显示全部楼层 来自 香港
abaqus分析非线性问题优势更明显
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 楼主| 发表于 2017-8-8 12:49:23 | 显示全部楼层 来自 上海
zsq-w 发表于 2017-8-7 21:20
abaqus分析非线性问题优势更明显

所以用abaqus分析这种复合材料高压气瓶应该很合适啊,我不知道我这里说的气瓶仿真非线性跟您说的非线性范畴是不是一回事。虽然软件对于不同问题有针对性,但是对于这个问题我倒是觉得非常郁闷,一方面是用abaqus分析这个方面问题可参看的资料非常有限,仿真复合材料高压气瓶的论文倒是有非常多,但基本是用ansys;第二个是用abaqus建立这个复合材料高压气瓶的过程非常繁琐,最后得到的结果也不尽人意,我在想是我的问题还是这个软件存在的不足。
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发表于 2017-8-8 20:23:22 | 显示全部楼层 来自 香港
线弹性静力分析用ansys问题不大。不过如果是一下情况,我建议用abaqus:
1) 严重非线性
2)大变形
3)复合材料损伤及断裂(涉及到复合材料的损伤准则)
4)冲击分析,东台分析


  1. 第二个是用abaqus建立这个复合材料高压气瓶的过程非常繁琐,最后得到的结果也不尽人意
复制代码

不妨上传你的模型大家探讨探讨
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 楼主| 发表于 2017-8-9 17:48:11 | 显示全部楼层 来自 上海
zsq-w 发表于 2017-8-8 20:23
线弹性静力分析用ansys问题不大。不过如果是一下情况,我建议用abaqus:
1) 严重非线性
2)大变形


附件上传时我现在创建的模型,你打开看看。
载荷一共加了三个,第一个载荷加上之后,第二个分析步将其降为0MPa,为的是使内胆产生部分塑性变形,产生残余应力。接着加载第三个载荷。
现在遇到的问题是:
1、这种方式铺层复合材料后,最大应力出现在瓶口位置;
2、第一个载荷加完,第二个分析步将载荷降为0,残余应力小于预期值,应该是要在180MPa~240MPa左右。
3、爆破压力加载后内胆的应力早已超出其抗拉强度(这个跟自紧后残余应力不够大有关系),其实0MPa之后加载的载荷内胆出现的应力都高于预期值
4、封头部分的建模不准确,而且封头与直筒段螺旋线层的单元连接还是我手动创建的单元。
希望帮我看看,解答下我的疑问吧,可能是我复合层铺层方法就存在问题。

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 楼主| 发表于 2017-8-9 17:50:05 | 显示全部楼层 来自 上海
zsq-w 发表于 2017-8-8 20:23
线弹性静力分析用ansys问题不大。不过如果是一下情况,我建议用abaqus:
1) 严重非线性
2)大变形

可以参考下这篇论文,了解下背景

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发表于 2017-8-15 20:58:38 | 显示全部楼层 来自 香港
  1. 1、这种方式铺层复合材料后,最大应力出现在瓶口位置;
  2. 2、第一个载荷加完,第二个分析步将载荷降为0,残余应力小于预期值,应该是要在180MPa~240MPa左右。
  3. 3、爆破压力加载后内胆的应力早已超出其抗拉强度(这个跟自紧后残余应力不够大有关系),其实0MPa之后加载的载荷内胆出现的应力都高于预期值
  4. 4、封头部分的建模不准确,而且封头与直筒段螺旋线层的单元连接还是我手动创建的单元。
  5. 希望帮我看看,解答下我的疑问吧,可能是我复合层铺层方法就存在问题。
复制代码



1 做个压力容器,在瓶口位置(或者有nozzle的位置)比较正常。  
2 思路不错。 不过考虑到纤维层存在收缩趋势,参与应力应该会变小。
3 做个需要结合断裂准则。断裂未必一定发生在应力高于抗拉强度之处,需要参考多向应力来考虑。
4 应该是指图中的部分
   
可以考虑用其他方式把这个理补齐。

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 楼主| 发表于 2017-8-16 15:41:56 | 显示全部楼层 来自 上海
zsq-w 发表于 2017-8-15 20:58
1 做个压力容器,在瓶口位置(或者有nozzle的位置)比较正常。  2 思路不错。 不过考虑到纤维层存在收缩 ...

封头部分的纤维堆积以及纤维在封头的切边处理影响着瓶口的应力分布,这两个方面我现在都没有很好的办法。实际情况下最大应力不应该出现在瓶口的位置,而应该是在筒身段,现在分析结果存在的问题也是跟我没有很好地解决上述提的这两个问题有关。wcm插件创建的压力容器模型,纤维端口刚好跟内胆的单元相连接,这样就解决了纤维切边的问题,不然像现在我创建的模型,封头纤维切边处很容易出现很严重的应力集中现象。

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发表于 2017-12-19 21:47:54 | 显示全部楼层 来自 北京
我现在也在做碳纤维缠绕气瓶,最大应力没有出现在瓶口
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发表于 2018-1-18 22:47:37 | 显示全部楼层 来自 黑龙江哈尔滨
楼主好,我现在在进行Abaqus承受外压的Abaqus模拟分析,在分析中出现了一些问题,能否下载你这个模型进行分析学习,非常感谢
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发表于 2018-3-12 18:32:44 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
:):):):):):)
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