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1、分类号：分类号：TB332 单位代码：单位代码：10110 学学 号：号： 中中 北北 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 车辆用复合材料油箱结构优化设计 硕士研究生硕士研究生 刘昭特刘昭特 指导教师指导教师 赵贵哲赵贵哲 学科专业学科专业 材料学材料学 2014 年年 4 月月 15 日日 车 辆 用 复 合 材 料 油 箱 结 构 优 化 设 计刘 昭 特中 北 大 学图书分类号图书分类号 密级密级_ UDC1_ 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 车辆用复合材料油箱结构优化设计车辆用复合材料油箱结构优化设计 刘昭特刘昭特 （作者姓名）（作者姓名） 指导教师（姓名、职称）指导教
2、师（姓名、职称） 赵贵哲赵贵哲 教授教授 申请学位级别申请学位级别 专业名称专业名称 论文提交日期论文提交日期 2014 年年 4 月月 日日 论文答辩日期论文答辩日期 2014 年年 5 月月 26 日日 学位授予日期学位授予日期 2014 年年 月月 日日 论文评阅人论文评阅人 答辩委员答辩委员会主席会主席 年年 月月 日日 注注 1：注明国际十进分类法：注明国际十进分类法 UDC的分类的分类 原原 创创 性性 声声 明明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文， 是本人在指导教师的指导下，本人郑重声明： 所呈交的学位论文， 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。 除文中已经注明引
3、用的内容外， 本论文独立进行研究所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本声明的作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。法律责任由本人承担。 论文作者签名：论文作者签名： 日期：日期： 关于学位论文使用权的说明关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中北大学有关保管、 使用学位论文的规定， 其中包本人完全了解中北大学有关保管、 使用学位论文的规定， 其中包括：括：
4、学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、 缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可以采用影印、 缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的， 复学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；制赠送和交换学位论文； 学校可以公布学位论文的全部或部分内容学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定） 。（保密学位论文在解密后遵守此规定） 。 签签 名：名： 日期：日期： 导师签名导师签名： 日期：
5、日期： 中北大学学位论文 I 车辆用复合材料油箱结构优化设计 摘 要 随着科技的发展，汽车已经成为科学技术发展的新标杆。油箱作为车辆中的主要设备之一，其结构、质量、强度和耐用性对车辆的寿命、工作效率以及成本控制有着较为重要的影响。复合材料作为新兴的潜力材料，其在航空航天以及汽车行业中已经具有一定的影响力。复合材料油箱的结构设计很具有研究价值，其包含材质的选择、结构的加强、铺层结构的设计、铺层结构的优化等一系列问题。对我国汽车行业的自主研发、设计、制造以及降低成本等可持续发展有很重要的意义。 本文系统研究了适用于 VARTM 工艺的复合材料油箱结构。主要研究内容如下：利用复合材料铺层结构的设计准
6、则，通过改变偏轴角为 45 和 90 正交铺层组45 /-45 、0 /90 的质量百分比设计了六种铺层方案，通过渗透率测试、力学性能及损伤情况对铺层方案进行收敛和优选；依据复合材料单向性能测试的相关国标，对复合材料铺层结构设计所需基础参数进行测试；通过 CAD、CATIA 等三维建模软件创建可以与有限元分析软件 ANSYS 良好相互转换的油箱三维模型，并对其结构进行加强设计；在复合材料专业铺层设计软件Laminate Tools 环境下创建油箱的铺层结构模型；在 ANSYS环境下对油箱进行抽油负压分析，通过 Laminate Tools 软件对其各层、相关元素及应力集中位置的受力情况进行后处
7、理，从而对铺层结构进行后优化和修整，保证其达到设计的要求。 通过分析结果表明，设计的铺层结构可以满足油箱的使用要求，并验证了该技术路线的可行性、可靠性、高效性和实用性。为复合材料构件的铺层结构优化设计与生产实践相结合提供了一种可行的方法。对复合材料油箱的铺层结构设计、生产技术指导以及强度验证具有一定的参考价值。 关键词：油箱，铺层结构，失效行为，复合材料，纤维增强 中北大学学位论文 II Optimization Design on Laminate and Structure of Fuel Tank ABSTRACT With the development of science and
8、technology, the car has become the new benchmark for the development of science and technology. As one of the main equipment in vehicles, the tanks structure, quality, strength and durability have important influence on vehicles longevity, working efficiency and cost controlling. As a new kind of po
9、tential materials, composite materials have played important roles in aerospace and automotive industries. The structural design of tanks using composites have great value for studying, which including selection of materials, reinforcement of structures, design and optimization of laminated structur
10、es. And it shows great significance on independent research and development, design, manufacturing and reducing costs of our countrys automobile industries. The paper systematically studied the structure of composite tanks applied to VARTM process. The main contents are as follows: Using design crit
11、eria of composite laminated structures, six types of composite laminated structures were designed with different mass fraction of cross-ply 45 /45 and 0 /90 composite laminates which have off-axis angles of 45 and 90 , and then the laminated structures were converged and preferred after the test of
12、permeability and the analysis of mechanical properties and failure of structures. According to the GB of unidirectional performance tests about composite materials, basic parameters needed for the design of composite laminated structures were tested. Using 3D modeling software such as CAD and CATIA,
13、 the 3D modeling of tanks which can converse well with ANSYS were built and reinforced structures of tanks were designed. The modeling of tanks laminated structures was built with the help of professional laminated software called Laminate Tools. Vacuum pumping of tanks were analyzed under the circu
14、mstance of ANSYS and forces suffered in tanks layers, related elements and locations where stress concentrated were conducted post-treatment. Thus the laminated structures were optimized and repaired in 中北大学学位论文 III order to meet the design requirements. The results show that the designed laminated structures met the requirements of tanks. The feasibility, the reliability, the efficiency and practicality of the designed technology route were tested and verifi
