纤维缠绕聚合物基复合材料压力容器的可靠性设计

谢怀勤¹，沈军¹，侯涤洋²

(1.哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001;
2.哈尔滨玻璃钢研究院,工程二部,哈尔滨,150036)

摘要:为对纤维缠绕聚合物基复合材料(FWRP)压力容器进行可靠性设计和安全测评,引入可靠性理论;应用统计学原理,以同一失效概率为标准进行FWRP压力容器结构设计,以取代目前应用的传统安全系数法设计.根据国家标准制备8个玻璃纤维缠绕复合材料(GFWRP)压力容器,通过实验获得纤维强度、缠绕角、几何尺寸、爆破压力等随机变量特征值.GFWRP压力容器结构可靠性设计值(纤维缠绕壁厚)与实验结果基本吻合,并明显小于传统安全系数法设计值.通过对不同纤维强度随机分布可靠性设计理论计算结果的比较,确知纤维强度的离散程度是FWRP压力容器可靠性设计的重要影响因素.传统安全系数设计法只考虑纤维强度(均值)大小,而无视纤维强度随机分布特征值对FWRP压力容器结构抗力的影响,显然是不合理的.可靠性设计实现了安全性与经济性的有效统一.

关键词:聚合物基复合材料; 纤维缠绕工艺; FWRP压力容器; 可靠性设计;

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