摘要
由于复合材料压力容器在满足结构减重需求上具有明显优势，因此在新能源汽车、航空航天、储存运输及分离等领域被广泛应用，如何保障结构安全成为了是复合材料压力容器研究领域的重要课题。目前保障复合材料压力容器服役期间安全性的主要方法是设置安全系数，并依据相关标准限制结构的服役载荷，使结构在工作状态下的应力小于材料的极限强度，两者的差值即为结构的安全裕量。随着新型材料及制造工艺的发展，若一直使沿用几十年前制定的安全系数相关标准，无法准确契合生产及应用的需求。此外，传统的安全系数法建立在确定性分析的基础上，凭借经验确定一个安全系数用以涵盖各种随机不确定性对结构性能造成的影响。这种方法会导致设计师们为了确保设计余量，往往采用最低强度和最高应力决定安全系数的大小，但追求绝对安全是会以大幅度牺牲结构性能，无法适应各应用领域对压力容器减重及提高承载能力等越来越严苛的要求为代价的。 随着设计经验的增加和对压力容器精细化设计的需求，需要基于压力容器的不确定性结构分析以及变量的随机分布开展压力容器可靠性分析及设计，对传统安全系数法进行改进，实现结构高性能、低成本和减重目标的统一，因此本文针对上述问题，建立了一种复合材料压力容器的可靠性安全系数确定方法。 首先，针对复合材料压力容器的结构特点，建立了复合材料压力容器分析模型，采用渐进损伤分析方法，获得了在爆破工况下复合材料压力容器的力学响应；然后，结合失效单元染色手段，展示了复合材料压力容器在爆破载荷下的失效过程，获得了结构服役过程中的危险区域。并在此基础上完成了考虑内胆和缠绕层设计参数随机分布的复合材料压力容器的可靠性分析，获得了结构在不同载荷条件下的失效概率。接着采用RBF代理模型代替有限元分析过程，提高了可靠性分析的计算效率，在考虑复合材料压力容器在制造过程中的材料性能和结构尺寸随机分布的基础上，获得了不同随机变量影响下结构的可靠性安全系数，得到了在该工况下结构可靠性安全系数比传统安全系数低28.4%的结论；最后计算了不同螺旋及环向缠绕层厚度在不同工作压力下的可靠性安全系数，获得了不同工作压力与可靠性安全系数之间的关系，得到了提高缠绕层厚度对提升结构可靠性安全系数更为有效的结论。
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