[发明专利]一种超高压多层缠绕复合材料气瓶的ANSYS仿真方法

权利要求书

1.一种超高压多层缠绕复合材料气瓶的ANSYS仿真方法，其特征在于，采用ANSYS仿真软件中的面结构壳单元，建立气瓶柱段筒体与等张力封头的结构模型，并采用Shell91单元进行网格剖分；Shell91单元夹层壳结构的2个重叠的面元素分别模拟气瓶柱段筒体与等张力封头中的单层金属内衬层和多层纤维缠绕层；模拟多层纤维缠绕层的面元素包含多个层，层的定向角属性表征纤维缠绕层的缠绕角，厚度属性表征纤维缠绕层的等厚度或变厚度；采用三维结构体单元模拟复合材料气瓶中的接头；

仿真过程为：

步骤1、按照气瓶单层金属内衬的外表面尺寸，采用面结构壳单元建立气瓶柱段筒体与等张力封头的结构模型，确保单层金属内衬层和多层纤维缠绕层共用一个面；按照气瓶接头尺寸，采用体单元Solid建立气瓶接头结构；等张力封头与接头相接处通过共线连接；

步骤2、定义面元素为单层金属内衬的属性参数，对气瓶壳体面结构采用Shell91单元进行网格剖分，确保每个剖分单元的单元坐标系方向一致，同时使面元素厚度向内侧厚度延伸，表征单层金属内衬的单层结构和厚度；定义体元素为接头的属性参数，对气瓶接头体结构采用Solid95单元进行网格剖分；

步骤3、复制气瓶柱段筒体和等张力封头的所有面元素，与步骤2划分好的面元素重叠，设置复制面元素的属性参数为多层纤维缠绕层的参数，同时使面元素厚度向外侧厚度延伸，表征多层纤维缠绕层的多层结构和厚度；

步骤4、为气瓶柱段筒体多层纤维缠绕层的面元素中每一层赋予固定的定向角和厚度；对于等张力封头多层纤维缠绕层的面元素结构，根据缠绕角及厚度随等张力曲线纬度圆半径变化的特点，计算并赋予每个层相应的定向角和厚度；

步骤5、选定气瓶封头与接头交接线上的所有节点，对其进行节点自由度耦合处理；

步骤6、对气瓶模型设置约束条件和加载内压载荷，进行参数设定，求解并获得仿真结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在面结构壳单元与实体结构体单元这两单元的交接处，采用节点自由度耦合效应实现等张力封头与接头间不同单元的衔接及等应力传递。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在气瓶柱段筒体部分，纤维铺层沿子午线呈螺旋向缠绕和环向缠绕交替层叠；面元素中层的定向角属性表征相应纤维缠绕层的相同缠绕角，层的厚度属性表征相应纤维缠绕层的等厚度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在气瓶等张力封头部分，纤维铺层沿子午线呈螺旋向缠绕；根据纤维缠绕角及层厚度随等张力曲面纬度圆半径变化的结构，计算并赋予每个层相应的定向角和层厚度。