碳纖維纏繞壓力容器是指采用連續(xù)纖維纏繞工藝成型的承受內(nèi)壓載荷的薄壁殼體。該類容器主要由鋁內(nèi)膽、碳纖維增強纏繞層和玻璃纖維保護纏繞層組成。由于該容器采用不同的材料制成，在載荷作用下不同材料表現(xiàn)出的應力、應變狀態(tài)也不同，如在內(nèi)壓作用下，纖維纏繞層還處在彈性范圍時，金屬內(nèi)襯己進入塑性變形區(qū)。當復合材料高壓容器卸壓時外面的復合材料層由于彈性變形要恢復形變，而內(nèi)襯經(jīng)受塑性變形，形變不能完全恢復，因此將會產(chǎn)生變形不協(xié)調(diào)。外層復合材料卸壓收縮將會使鋁合金內(nèi)襯壓縮失穩(wěn)，內(nèi)襯將會出現(xiàn)向內(nèi)塌陷的鼓包。當容器再次充壓時，鼓包又被壓回；卸壓后，鼓包又出現(xiàn)。如此反復地充壓、卸壓，會使內(nèi)襯在遞增疲勞作用下破壞，最終導致復合材料高壓容器的疲勞壽命大大降低。解決的辦法可以對氣瓶施加預緊壓力，使鋁內(nèi)膽在零內(nèi)壓下處于適當?shù)膲簯顟B(tài)，碳纖維處于拉應力的狀態(tài)，通過應力的疊加從而降低工作壓力下內(nèi)膽的應力水平。由此可見，在考慮預緊壓力的情況下，對碳纖維纏繞容器在內(nèi)壓作用下金屬內(nèi)襯的彈塑性大應變及其復合層的應力應變分布進行分析，是復合材料壓力容器設計和制造的重要環(huán)節(jié)。但是這些分析計算本身的復雜性決定了依靠傳統(tǒng)的解析方法難以完成，而利用有限元工具對復合材料氣瓶進行優(yōu)化與計算是工程上普遍使用的有效方法之一。
　　　　本文以美國MSC．Software公司的通用有限元軟件MSC．Marc[51為基礎，采用彈塑性有限元方法對碳纖維纏繞復合氣瓶的預緊壓力及各種工況條件的應力應變分布進行相應的分析，并參考DOT CFFC標準計算獲得氣瓶相應的最佳預緊壓力及爆破壓力下纖維的強度轉(zhuǎn)換率。

   碳纖維纏繞復合氣瓶的有限元數(shù)值分析.pdf