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復合材料壓力容器分析

 

復合材料壓力容器相對于傳統的金屬壓力容器,具有耐腐蝕、重量輕和可設計性強等特點,故其在航空航天領域得到了廣泛的應用。它的結構設計問題也日益被關注,迄今國內外已對該類容器的結構設計和強度校核開展了許多研究。對該類容器進行了結構優化設計,基于有限元方法研究了溫度和纏繞角對該類容器爆破壓強的影響。但以上工作均未考慮結構參數和作用載荷的不確定性。
事實上,復合材料壓力容器制造和服役中具有諸多不確定性,如:纖維纏繞角、筒體半徑等幾何參數的誤差;材料本身由基體和纖維組分的不確定性導致的物理參數和纖維強度的不確定性;容器內壓的波動性,等等。為解決復合材料壓力容器的不確定問題,一些文獻采用了概率可靠性方法??紤]了設計變量的隨機性,采用Monte-Carlo(MC)方法和響應面法對容器結構進行了概率可靠性分析。對具有隨機參數的容器開展了可靠性壽命預測??傊?,目前對復合材料壓力容器結構分析和設計大多仍基于確定性方法,雖概率可靠性方法有所應用,但往往采用MC 法,計算效率低,且尚未考慮當結構參數的概率統計特性無法獲得時的不確定性。
在不確定性問題的可靠性方法中,包括概率可靠性方法和區間可靠性方法。概率可靠性分析的關鍵在于確定各不確定參數的概率分布函數,這就需要充足的統計信息。然而對于研究對象屬于小樣本、貧信息問題,其不確定參數的概率統計難以獲得或根本無法獲得。此時,區間可靠性方法將是更為合理的選擇,由于該法只關注不確定參數的取值區間,而無需不確定參數的概率統計,為此它被作為概率方法的補充。在區間可靠性分析中,結構響應區間的上下界其實就是其極大值和極小值,因此,區間問題可被轉化為優化問題。提出了區間數程序化方法,解決了區間參數結構優化問題。研究了基于凸模型的區間參數結構可靠性優化問題。采用區間分析方法和粒子群優化方法來研究具有區間參數的車橋耦合系統的結構動態響應問題。
        復合材料壓力容器相對于傳統的金屬壓力容器,具有耐腐蝕、重量輕和可設計性強等特點,故其在航空航天領域得到了廣泛的應用。它的結構設計問題也日益被關注,迄今國內外已對該類容器的結構設計和強度校核開展了許多研究。對該類容器進行了結構優化設計,基于有限元方法研究了溫度和纏繞角對該類容器爆破壓強的影響。但以上工作均未考慮結構參數和作用載荷的不確定性。
        事實上,復合材料壓力容器制造和服役中具有諸多不確定性,如:纖維纏繞角、筒體半徑等幾何參數的誤差;材料本身由基體和纖維組分的不確定性導致的物理參數和纖維強度的不確定性;容器內壓的波動性,等等。為解決復合材料壓力容器的不確定問題,一些文獻采用了概率可靠性方法??紤]了設計變量的隨機性,采用Monte-Carlo(MC)方法和響應面法對容器結構進行了概率可靠性分析。對具有隨機參數的容器開展了可靠性壽命預測??傊?,目前對復合材料壓力容器結構分析和設計大多仍基于確定性方法,雖概率可靠性方法有所應用,但往往采用MC 法,計算效率低,且尚未考慮當結構參數的概率統計特性無法獲得時的不確定性。
        在不確定性問題的可靠性方法中,包括概率可靠性方法和區間可靠性方法。概率可靠性分析的關鍵在于確定各不確定參數的概率分布函數,這就需要充足的統計信息。然而對于研究對象屬于小樣本、貧信息問題,其不確定參數的概率統計難以獲得或根本無法獲得。此時,區間可靠性方法將是更為合理的選擇,由于該法只關注不確定參數的取值區間,而無需不確定參數的概率統計,為此它被作為概率方法的補充。在區間可靠性分析中,結構響應區間的上下界其實就是其極大值和極小值,因此,區間問題可被轉化為優化問題。提出了區間數程序化方法,解決了區間參數結構優化問題。研究了基于凸模型的區間參數結構可靠性優化問題。采用區間分析方法和粒子群優化方法來研究具有區間參數的車橋耦合系統的結構動態響應問題。
 

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