一种纤维增强复合材料罐顶的设计参数优化方法技术

本发明专利技术提供一种纤维增强复合材料罐顶的设计参数优化方法。所述优化方法利用仿真模拟软件spaceclaim与Ansys首先对罐顶建立三维模型，将影响罐顶强度的关键参数进行参数化，然后通过求解三维模型和对设计参数优化，准确把握纤维增强复合材料罐顶的变化规律，提高分析效率和准确率，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强复合材料罐顶的设计参数优化方法


[0001]本专利技术属于复合材料储罐设计领域，尤其涉及一种纤维增强复合材料罐顶的设计参数优化方法。

技术介绍

[0002]为了解决集输储罐罐顶老龄化严重，腐蚀穿孔频发等问题，具有抗腐蚀内磨损的环氧乙烯基玻璃纤维增强复合材料成为罐顶结构层的优选材料。为了减轻玻璃钢储罐罐顶的重量，保证罐顶的的整体性和稳定性，含夹芯层的玻璃纤维增强复合材料罐顶开始投入使用，而8字型的夹芯层相比于传统的蜂窝夹芯具有更高的抗压强度，因此含8字型夹芯层的复合材料罐顶强度更好。然而随着夹芯层的加入，罐顶的失效模式变得复杂多样，强度相比于不含夹芯层也有所减弱，受力模式也变得复杂。因此相对于普通玻璃钢储罐而言，想要得到保证罐顶强度下的罐顶设计的优化参数是至关重要的问题。
[0003]目前复合材料罐顶设计强度影响因素复杂多样，但是影响因素具有一定的可控性。通常通过控制罐顶的结构尺寸，复合材料的力学性能、纤维方向，铺层厚度以及铺层结构可以满足罐顶的基本性能要求。在设计过程中，设计参数依照设计计算或者经验获得，此时得到的工艺参数能满足产品的基本要求，但非最佳工艺参数，传统的工艺设计参数获取方法不仅增加材料成本，而且会强度较低、精度较差。
[0004]因此，开发一种提高分析效率和质量精度、降低成本的纤维增强复合材料罐顶的设计参数优化方法，是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]为了克服目前技术的不足，本专利技术提供一种维增强复合材料罐顶的设计参数优化方法。所述优化方法利用仿真模拟软件spaceclaim与Ansys首先对罐顶建立三维模型，将影响罐顶强度的关键参数进行参数化，然后通过求解三维模型和对设计参数优化，准确把握纤维增强复合材料罐顶的变化规律，提高分析效率和准确率，降低成本。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种纤维增强复合材料罐顶的设计参数优化方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1：综合分析影响所述纤维增强复合材料罐顶强度的各项参数，并进行参数提取；
[0009]步骤S2：建立所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型，并将关键参数进行参数化；
[0010]步骤S3：对所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型进行前处理：在Ansys软件中运用语言编写参数化成型，完成指定单元格类型、划分网格、施加边界条件及设置前处理任务；
[0011]步骤S4：计算求解所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型；
[0012]步骤S5：在Ansys response surface中对所述纤维增强复合材料罐顶的设计参数进行优化。
[0013]进一步地，步骤1中，所提取的参数包括：所述纤维增强复合材料的弹性模量、泊松比、剪切模量以及强度极限和应变极限、罐顶结构及尺寸、层合板厚度、纤维方向；并对上述参数以表格形式进行编制。
[0014]进一步地，步骤S1中，所提取的参数包括弹性模量、泊松比、剪切模量、拉伸强度、压缩强度、剪切强度、平压强度、平压弹性模量、剪切弹性模量、罐顶高度、罐顶直径；铺层方向、纤维方向、铺层厚度、以及铺层材料等。
[0015]进一步地，所述步骤S2的具体步骤包括：
[0016]步骤S2
‑
1：在Ansys材料库中建立罐顶材料参数，并进行参数化设置，所述材料参数与步骤S1所提取的材料参数一一对应；
[0017]步骤S2
‑
2：在spaceclaim中创建罐顶结构尺寸参数，并进行参数化设置，所述结构参数与步骤S1所提取的结构参数一一对应；
[0018]步骤S2
‑
3：在Ansys acp中设置铺层方向、纤维方向、铺层厚度以及铺层材料，并进行参数化设置，完成所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型的建立。
[0019]进一步地，步骤S2
‑
1中，所述材料参数包括弹性模量、泊松比、剪切模量、拉伸强度、压缩强度、剪切强度、平压强度、平压弹性模量、剪切弹性模量。
[0020]进一步地，步骤S2
‑
2中，所述结构参数包括罐顶直径、罐顶高度。
[0021]进一步地，所述步骤S3的具体步骤包括：
[0022]步骤S3
‑
1：将步骤2建立的所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型导入到Ansys static structural中；
[0023]步骤S3
‑
2：选用四边形网格进行网格划分；
[0024]步骤S3
‑
3：按照罐顶的组合形式进行罐顶的接触设置；
[0025]步骤S3
‑
4：按照制件形状对所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型进行约束，下端面进行固定约束。
[0026]步骤S3
‑
5：对所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型施加风载、雪载、三人维修载荷以及储罐设计压力，完成前处理。
[0027]进一步地，所述步骤5的具体方法为：
[0028]步骤S5
‑
1：在步骤S4的求解结束后进入后处理模块，查看失效场、应力场、应变场的计算结果，并将逆储备因子进行参数化；
[0029]步骤S5
‑
2：在response surface界面中选用central composite design的实验设计方法，设置输入参数，所述输入参数和步骤S1的提取参数一一对应，设置所述逆储备因子为输出参数，进行参数优化。
[0030]进一步地，步骤S5
‑
2中，所述输入参数包括罐顶高度、罐顶直径；铺层方向、纤维方向、铺层厚度、以及铺层材料。
[0031]本专利技术的有益效果如下：
[0032]本专利技术采用Ansys软件对所述纤维增强复合材料罐顶罐顶的设计参数优化，比起传统的参数设计计算大大提高了设计质量精度，降低了设计时间成本。通过spaceclaim与Ansys软件进行分析，编制参数化的分析程序，可以通过修改其中的参数，达到不同材料、尺寸产品快速获得最佳设计参数，并能够通过response surface准确把握纤维增强复合材料罐顶强度的变化规律，对罐顶设计参数进行优化，极大的减轻了研发设计人员的工作量，降
低分析成本，提高分析效率。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的纤维增强复合材料罐顶的设计参数优化方法流程图。
具体实施方式
[0034]以下结合实施例对专利技术做详细的说明。
[0035]实施例
[0036]实施例1
[0037]一种含夹芯层的玻璃纤维增强复合材料罐顶的设计参数优化方法，包括以下步骤：
[0038]步骤S1：综合分析影响所述含夹芯层的玻璃纤维增强复合材料罐顶强度的各项参数，并进行参数提取；
[0039]所提取的参数包括：所述纤维增强复合材料的弹性模量、泊松比、剪切模量以及强度极限和应变极限、罐顶结构及尺寸、层合板厚度、纤维方向；并对上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强复合材料罐顶的设计参数优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1：综合分析影响所述纤维增强复合材料罐顶强度的各项参数，并进行参数提取；步骤S2：建立所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型，并将关键参数进行参数化；步骤S3：对所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型进行前处理：在Ansys软件中运用语言编写参数化成型，完成指定单元格类型、划分网格、施加边界条件及设置前处理任务；步骤S4：计算求解所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型；步骤S5：在Ansys response surface中对所述纤维增强复合材料罐顶的设计参数进行优化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所提取的参数包括：所述纤维增强复合材料的弹性模量、泊松比、剪切模量以及强度极限和应变极限、罐顶结构及尺寸、层合板厚度、纤维方向；并对上述参数以表格形式进行编制。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤包括：步骤S2
‑
1：在Ansys材料库中建立罐顶材料参数，并进行参数化设置，所述材料参数与步骤S1所提取的材料参数一一对应，所述材料参数包括弹性模量、泊松比、剪切模量、拉伸强度、压缩强度、剪切强度、平压强度、平压弹性模量、剪切弹性模量；步骤S2
‑
2：在spaceclaim中创建罐顶结构尺寸参数，并进行参数化设置，所述结构参数与步骤S1所提取的结构参数一一对应，所述结构参数包括罐顶直径、罐顶高度；步骤S2
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3：在Ansys acp中设置铺层方向、纤维方向、铺层厚度以及铺层材料，并进行参数化设置，完成所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型的建立。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤包括：步骤S3
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1：将步骤2建立的所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型导入到Ansys static structural中；步骤S3
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2：选用四边形网格进行网格划分；步骤S3
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3：按照罐顶的组合形式进行罐顶的接触设置；步骤S3
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4：按照制件形状对所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型进行约束，下端面进行固定约束。步骤S3
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5：对所述纤维增强复合材料罐顶的三维模型施加风载、雪载、三人维修载荷以及储罐设计压力，完成前处理。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤5的具体方法为：步骤S5
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1：在步骤S4的求解结束后进入后处理模块，查看失效场、应力场...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，汪云家，王亭沂，李风，张瑾，谭宏明，于洲，王芫芫，王晓君，魏新晨，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心胜利油田检测评价研究有限公司，
类型：发明
国别省市：