【摘 要】
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复合材料压力容器以轻质量、高强度、高比模量等优越性广泛用于海洋石油装备中。深水防喷器密封舱就是在2124型铝合金内衬外用T700碳纤维增强材料缠绕加工而成。由于存在较大
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复合材料压力容器以轻质量、高强度、高比模量等优越性广泛用于海洋石油装备中。深水防喷器密封舱就是在2124型铝合金内衬外用T700碳纤维增强材料缠绕加工而成。由于存在较大电位差,在深水环境中难免发生电偶腐蚀。本论文针对性的研究了表面粗糙度、力矩、海水浓度、时间、电流这五个环境因素对碳纤维复合材料与铝合金电偶腐蚀性能的影响规律。通过建立实验室等效加速模型,对碳纤维复合材料与铝合金间的腐蚀电流进行测量,并利用扫描电子显微镜、超景深三维显微镜、体式显微镜等表征手段对两试样腐蚀形貌进行观察,同时运用电子天平和手动粗糙度仪器对腐蚀进行定性测量。其后运用X-荧光射线衍射仪对腐蚀之后的试样做物相分析。结果表明:腐蚀后的铝合金因严重腐蚀,出现不同程度的点蚀,质量减轻;而碳纤维复合材料表面有CaCO3存在,质量增加,同时树脂开裂,其与碳纤维脱粘。电流加速了电偶腐蚀,其被认定为碳纤维本身破坏的主要原因。随着研磨条件和施加力矩的提高,试样腐蚀越来越严重,但是达到一定程度之后,腐蚀越来越轻微。而随着人工海水浓度、浸泡时间、施加电流的增加,试样腐蚀严重程度一直增加。
同时长期工作在3000米水下的高压环境下的密封舱,屈曲失效是其主要的破坏形式。本文利用有限元分析软件ANSYS对容器进行模拟计算,得到的临界失稳压力为12.61MPa,然后对模拟的实际容器进行爆破和水压试验,轻微失稳时的外压是12.9MPa,爆破时的压力为13.1MPa,试验结果和模拟结果比较一致吻合。最后用ANSYS/PDS模块对密封舱进行概率分析设计,运用蒙特卡罗模拟技术和响应表面法对其可靠性分析。结果发现:两种模拟技术的预测的概率结果比较一致,模拟的临界失稳压力对多个随机输入变量的敏感程度较好。复合材料密封舱的径向模量、缠绕厚度和缠绕角度对临界失稳压力有相当重要的影响,然而内径、剪切模量、泊松比、长度和横向模量有微弱的影响。
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