压力容器缠绕参数的确定方法、可读存储介质、电子设备技术

一种压力容器缠绕参数的确定方法，包括：基于压力容器力学模型和边界条件，获得所有铺层的应力函数、应变函数和位移函数；基于铺层的应力函数、应变函数、位移函数结合压力容器的强度失效准则组成失效因子、径向变形量、层数与每层纤维角度的关系；基于失效因子、径向变形量、层数与每层纤维角度的关系，通过优化算法确定每层纤维角度。本公开通过优化算法获取优选的一组或多组纤维角度，通过调整给定层数，保持失效因子和径向变形量满足要求也能获取最少层数下对应的纤维角度，碳纤维方向不再受0

【技术实现步骤摘要】
压力容器缠绕参数的确定方法、可读存储介质、电子设备


[0001]本公开属于压力容器
，具体涉及一种压力容器缠绕参数的确定方法、可读存储介质、电子设备。

技术介绍

[0002]目前碳纤维液压缸纤维铺层的设计方法较为稀缺。传统的网格理论设计出的铺层方案是基于等强度极限来设计，即各层应力完全相同，只要有一层发生强度破坏，其他各层也必然发生破坏，这一点还是与现实情况有一定偏差，但在复合材料力学发展不完善的时候。
[0003]传统纤维材料或复合材料的铺层设计方法大多采用固定角度0
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或者其他给定角度组合进行铺层组合优化设计，这样的铺层设计方法就会屏蔽掉其他角度的最优组合情况，不利于进一步减重及增强强度、刚度等。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题至少一个，本公开的目的在于提供了针对目前铺层时规定铺层角度的现状，以铺层角度为设计变量，变量区间为不仅仅限于0
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或者其他给定角度组合，可以完成在铺层角度处于多种角度下的压力容器缠绕参数的确定方法。
[0005]为了实现本公开的第一目的，本公开所采用的技术方案如下：
[0006]一种压力容器缠绕参数的确定方法，压力容器由纤维材料或复合材料铺层缠绕而成，包括：
[0007]基于压力容器力学模型和边界条件，获得所有铺层的应力函数、应变函数和位移函数；
[0008]基于铺层的应力函数、应变函数、位移函数结合压力容器的强度失效准则组成失效因子、径向变形量、层数与每层纤维角度的关系；
[0009]基于失效因子、径向变形量、层数与每层纤维角度的关系，通过优化算法确定每层纤维角度。
[0010]可选地，所述基于失效因子、径向变形量、层数与每层纤维角度的关系，通过优化算法确定每层纤维角度包括：
[0011]在给定的初始层数上执行算法步骤；
[0012]算法步骤：每层纤维角度作为变量，通过优化算法，以失效因子、径向变形量作为最小化的优化目标，确定每层纤维角度；
[0013]若失效因子满足强度要求，每层纤维角度即是对应层的纤维缠绕角度；
[0014]若失效因子不满足强度要求，调整层数后重新执行算法步骤。
[0015]可选地，初始层数是通过以下方法获得：基于压力容器的结构参数、负载指标和铺层的材料参数确定铺层的总层数，总层数作为预设层数。
[0016]可选地，所述若失效因子满足强度要求，每层纤维角度即是对应层的纤维缠绕角
度的步骤中，具体包括：
[0017]若失效因子满足强度要求，将当前层数减一后重新执行算法步骤；直至算法因子不满足强度要求，
[0018]当前层数加一是压力容器纤维缠绕层数。
[0019]可选地，压力容器纤维缠绕层数对应的算法步骤中的每层纤维角度是对应层的纤维缠绕角度。
[0020]可选地，所述若失效因子不满足强度要求，调整层数后重新执行算法的步骤中，
[0021]若失效因子不满足强度要求，调整前层数小于纤维需要缠绕的层数。
[0022]可选地，所述若失效因子不满足强度要求，调整层数后重新执行算法的步骤中，
[0023]若失效因子满足强度要求，调整前层数大于等于纤维需要缠绕的层数。
[0024]可选地，每层纤维角度的取值范围均在
‑
90
°
～90
°
。
[0025]为了实现本公开的第二目的，本公开所采用的技术方案如下：
[0026]一种可读存储介质，其上具有可执行指令，当可执行指令被执行时，使得计算机执行如上述的压力容器纤维缠绕参数的确定方法的步骤。
[0027]为了实现本公开的第三目的，本公开所采用的技术方案如下：
[0028]一种电子设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有适于所述处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器运行时执行如上述的压力容器纤维缠绕参数的确定方法的步骤。
[0029]本公开中，通过应力函数、应变函数、位移函数结合压力容器的强度失效准则可以组成失效因子、径向变形量、层数与每层纤维角度的函数组，在给定层数中，以失效因子、径向变形量最小化为优化目标，调整每层的纤维角度，通过优化算法获取优选的一组或多组纤维角度，通过调整给定层数，保持失效因子和径向变形量满足要求也能获取最少层数下对应的纤维角度，碳纤维方向不再受0
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或者其他给定角度的限制，摆脱束缚后可以找到理论上的最优铺层方案，对于压力容器的轻量化和强度刚度设计更加有利。
附图说明
[0030]附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0031]图1是本公开中压力容器缠绕参数的确定方法的方法原理图；
[0032]图2是本公开中压力容器的结构示意图；
[0033]图3是本公开中优选实施例的压力容器缠绕参数的确定方法的方法原理图；
[0034]图4是本公开中的可读存储介质的结构框图；
[0035]图5是本公开中的电子设备的结构框图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
[0037]需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
[0038]参阅图1所示，本公开实施例提供一种压力容器缠绕参数的确定方法，压力容器由纤维材料或复合材料铺层缠绕而成，该压力容器可以是油缸、氧气瓶、氢气瓶，也可以是反应釜、硫化罐、蒸煮锅等；纤维材料可以是碳纤维材料、尼龙材料、芳香族聚酰胺纤维材料、聚酰亚胺纤维材料等，复合材料可以是高硅氧玻璃纤维材料、热固性树脂基复合材料等；
[0039]压力容器缠绕参数的确定方法包括：
[0040]S101、基于压力容器力学模型和边界条件，获得所有铺层的应力函数、应变函数和位移函数；
[0041]本实施例以碳纤维复合材料缠绕的液压缸为例分析力学模型和边界条件，其他形状的压力容器和复合材料，结合本公开的方法和现有技术中的力学模型和边界条件也不影响本公开的实施；
[0042]1)力学模型分析如下：
[0043]首先建立碳纤维层合筒圆柱坐标系，如图1所示，z为层合筒轴向，r为层合筒径向，θ为层合筒环向。
[0044]建立位移关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压力容器缠绕参数的确定方法，其特征在于，压力容器由纤维材料或复合材料铺层缠绕而成，包括：基于压力容器力学模型和边界条件，获得所有铺层的应力函数、应变函数和位移函数；基于铺层的应力函数、应变函数、位移函数结合压力容器的强度失效准则组成失效因子、径向变形量、层数与每层纤维角度的关系；基于失效因子、径向变形量、层数与每层纤维角度的关系，通过优化算法确定每层纤维角度。2.如权利要求1所述的压力容器纤维缠绕参数的确定方法，其特征在于，所述基于失效因子、径向变形量、层数与每层纤维角度的关系，通过优化算法确定每层纤维角度包括：在给定的初始层数上执行算法步骤；算法步骤：每层纤维角度作为变量，通过优化算法，以失效因子、径向变形量作为最小化的优化目标，确定每层纤维角度；若失效因子满足强度要求，每层纤维角度即是对应层的纤维缠绕角度；若失效因子不满足强度要求，调整层数后重新执行算法步骤。3.如权利要求2所述的压力容器纤维缠绕参数的确定方法，其特征在于：初始层数是通过以下方法获得：基于压力容器的结构参数、负载指标和铺层的材料参数确定铺层的总层数，总层数作为预设层数。4.如权利要求3所述的压力容器纤维缠绕参数的确定方法，其特征在于，所述若失效因子满足强度要求，每层纤维角度即是对应层的纤维缠绕角度的步骤中，具体包括：若失效因子满足强度要求，将当前层数减一后重新执行算法步骤；直至算法因子不满足强度要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚耀星，姜超凡，李瑶，王业硕，于天，焦宗夏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：