【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及及液体火箭发动机领域，特别是涉及燃料供给系统组件因振动等原因造成结构失效问题，具体为一种复合材料气瓶快速设计分析方法。
技术介绍
1、现如今，航天用纤维缠绕复合材料气瓶采用金属内衬以及高强度纤维外部缠绕的方式制造，与传统金属材料气瓶相比，具有强度高、安全性好、质量轻等优点。复合材料气瓶失效后会造成某些系统功能降低或丧失。因此，国内外学者采用有限元数值模拟等方法对纤维缠绕复合材料气瓶的失效与爆破过程进行了研究。但在有限元分析过程中，模型的前处理工作通常非常繁琐耗时，设计人员需要不断调整模型结构特征、材料属性、复合材料铺层设计、模型网格尺寸等参数，再进行多次有限元仿真分析以满足设计要求。由于每次改进设计都需要重新建模，这会消耗研究人员大量的时间和精力，导致效率低下，拉长研发周期。基于以上的原因，本专利技术提供了一种复合材料气瓶快速设计分析方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种复合材料气瓶快速设计分析方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
3、一种复合材料气瓶快速设计分析方法，包括以下步骤：
4、s1：参数化建模，依据气瓶中部圆筒内径、瓶口内衬极孔直径、内衬中部圆筒段长度、内衬椭圆形封头短轴长度、筒段内径、极孔直径、椭圆形封头短轴长度进行参数化建模，对设计中的关键参数进行参数化，确保后续分析可对该参数进行快速修改并生成新的模型进行后续计算；
5、s2：材料属性定义，依据各
6、s3：铺层设计，纤维缠绕复合材料气瓶由金属内衬和外部复合材料层组成，开发自研算法，气瓶内衬椭圆形封头采用变截面厚度形式进行设计，在此基础上进行复合材料快速铺层设计；
7、s4：网格划分，对气瓶椭圆段纵向网格个数、直筒段横向网格个数、直筒段纵向网格个数进行定义；
8、s5：载荷设置，将气瓶直筒段两端对应节点做固定约束，内部施加30mpa压力模拟内部填充高压气体；
9、s6：工况计算，对设置好的模型进行分析计算；
10、s7：结果导出，对计算完成的结果文件进行结果读取和处理，依据评估要求对复合材料气瓶结构整体的等效应力、变形、破坏因子云图等结果进行输出；
11、s8：材料失效评估，依据完失效准则评价指标，对计算结果进行评估，完成失效性能评估。
12、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤2中金属材料属性包含弹性模量、泊松比、密度三类材料属性；复合材料采用弹塑性正交各向异性材料类型，包含三个正交方向的弹性模量、泊松比、剪切模量三类材料属性。
13、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤4中采用高阶四边形单元对气瓶壳体结构进行网格划分。
14、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤5中分析工况选择静力学求解方式，整体分析时间为1s，固定时间步长采用50步，使用求解器完成仿真计算设置。
15、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤8中复合材料常用的失效准则有：最大应力准则、最大应变准则、hoffman准则、tsai-hill准则和tsai-wu准则。
16、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述最大应力准则的形式为：
17、对于拉伸情况：
18、
19、对于压缩情况：
20、
21、式中：xt、xc为x方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，yt、yc为y方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，zt、zc为z方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，s12、s23、s31分别为xy、yz、zx平面最大剪切应力；
22、所述最大应变准则的形式为：
23、对于拉伸情况：
24、
25、对于压缩情况：
26、
27、式中：e1t、e1c为x方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，e2t、e2c为y方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，e3t、e3c为z方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，g12、g23、g31分别为xy、yz、zx平面最大剪切应力；
28、所述hoffman准则的形式为：
29、
30、
31、式中：xt、xc为x方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，yt、yc为y方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，zt、zc为z方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，s12、s23、s31分别为xy、yz、zx平面最大剪切应力；
32、所述tsai-hill准则的形式为：
33、
34、式中：x为x方向最大拉伸应力，y为y方向最大拉伸应力，z为z方向最大拉伸应力，s12、s23、s31分别为xy、yz、zx平面最大剪切应力。
35、所述tsai-wu准则的形式为：
36、
37、式中：xt、xc为x方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，yt、yc为y方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，zt、zc为z方向上最大拉伸应力和最大压缩应力，s12、s23、s31分别为xy、yz、zx平面最大剪切应力,f12、f23、f13分别为xy、yz、zx平面交互强度参数
38、复合材料气瓶的失效准则采用tsai-wu准则，准则考虑了材料不同的拉压强度，能对拉压性能差别较大的材料作出较为准确的描述。
39、本专利技术实施例提供了一种复合材料气瓶快速设计分析方法，具备以下有益效果：
40、本专利技术针对液体火箭动力系统高压气瓶失效分析过程，考虑有限元仿真计算流程繁琐、效率低下的缺点，采用二次开发的方式实现纤维缠绕复合材料气瓶模型的快速参数化建模、部件材料属性定义、复合材料快速铺层设计、整体结构化网格快速划分等前处理自动化，大幅度提高纤维缠绕复合材料气瓶的多方案建模与仿真分析准确度和研发效率，为空天动力系统的快速设计分析提供了有力支持。
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1.一种复合材料气瓶快速设计分析方法，包括以下步骤，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种复合材料气瓶快速设计分析方法，其特征在于，所述步骤2中金属材料属性包含弹性模量、泊松比、密度三类材料属性；复合材料采用弹塑性正交各向异性材料类型，包含三个正交方向的弹性模量、泊松比、剪切模量三类材料属性。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料气瓶快速设计分析方法，其特征在于，所述步骤4中采用高阶四边形单元对气瓶壳体结构进行网格划分。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料气瓶快速设计分析方法，其特征在于，所述步骤5中分析工况选择静力学求解方式，整体分析时间为1s，固定时间步长采用50步，使用求解器完成仿真计算设置。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料气瓶快速设计分析方法，其特征在于，所述步骤8中复合材料常用的失效准则有：最大应力准则、最大应变准则、Hoffman准则、Tsai-Hill准则和Tsai-Wu准则。
6.根据权利要求5所述的一种复合材料气瓶快速设计分析方法，其特征在于，所述最大应力准则的形式为：
【技术特征摘要】
1.一种复合材料气瓶快速设计分析方法，包括以下步骤，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种复合材料气瓶快速设计分析方法，其特征在于，所述步骤2中金属材料属性包含弹性模量、泊松比、密度三类材料属性；复合材料采用弹塑性正交各向异性材料类型，包含三个正交方向的弹性模量、泊松比、剪切模量三类材料属性。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料气瓶快速设计分析方法，其特征在于，所述步骤4中采用高阶四边形单元对气瓶壳体结构进行网格划分。
4.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，翁羽，冯朋，张浩，何凯强，房庆龄，
申请(专利权)人：陕西空天超算中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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