金属内衬碳纤维全缠绕气瓶的有限元分析

本文通过有限元的分析方法,对具有铝合金内衬的碳纤维全缠绕复合材料气瓶的结构进行了剖析,建立了较为合理的复合材料气瓶有限元模型,对气瓶模型的基本建模分析过程进行了阐述和研究。采用ANSYS参数化编程语言(APDL)对复合材料气瓶进行参数化建模,参考美国制定的DOT-CFFC标准《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》,对公称工作压力、试验压力和最小爆破压力下的碳纤维缠绕铺层和铝合金内衬的各向应力分布进行了数值模拟和计算,并预测了复合材料气瓶的实际爆破压强。

碳纤维全缠绕铝内胆气瓶预紧压力的优化

以2L的碳纤维全缠绕铝内胆气瓶为例,利用ANSYS完成其在各个压力过程下的有限元应力分析。在内胆结构尺寸和缠绕层一定的情况下,研究了预紧压力的变化对该气瓶应力影响的结果。根据分析得出的结果,依据DOT CFFC标准的要求确定出了该气瓶的最佳预紧压力值,实现了对该气瓶预紧压力的优化。

车用铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶设计要点

国家"十一五"863计划将铝内胆碳纤维全缠绕气瓶做为未来车载储氢容器的研究方向;适当增加内胆壁厚,增长裂纹扩展"路程",提高疲劳寿命;铝内胆设计承载比例不宜小于12%;根据内胆材料应力-应变曲线、内胆和纤维的力学性能确定内胆设计应力取值为σa=σbσsa/σsb并可计算出内胆设计壁厚;内胆封头型式以矢高为1.25R/2左右的椭球为宜;螺旋缠绕角从与瓶颈相切的最小缠绕角开始逐渐增大,避免纤维严重堆积、架空,有效利用极孔处堆积纤维的过剩强度,提高成层质量和强度利用率;碳纤维首层张力不宜超过65N/mm2,首次递减量不宜超过上一层纤维张力的4.0%;纤维排列状态设计应充分考虑工艺的可行性,确保稳定、高质量地实现设计;通过自紧,内胆应至少获得不小于1.3%的应变,最小理论自紧压力可近似计算为PZ=kPba/A。

碳纤维全缠绕储氢气瓶内热力学参数变化规律的研究

为研究充装完成后的碳纤维全缠绕储氢气瓶内热力学参数随时间的变化规律,以氢气为工质,选取了3种常用规格的车用储氢气瓶(27 L、52 L和135 L)进行传热计算。对于气瓶内的氢气采用饱和均质模型;对于气瓶中的各隔层采用多层稳态热传导的结构模型。根据饱和状态下的热平衡条件以及热力学关系,计算得到了气瓶内氢气温度、压力以及气瓶碳纤维缠绕层温度随时间的变化规律。计算结果表明:气瓶容积越大,充装完成时刻的氢气温度以及碳纤维缠绕层温度越高;静置过程中氢气温度以及碳纤维缠绕层温度均呈同趋势缓慢下降,且气瓶容积越大,下降的幅度越小,碳纤维缠绕层温度变化小于氢气温度变化。氢气压力在充装完成时刻均为70 MPa,气瓶容积越大,静置过程中氢气压力下降速度越小。

一种大容积钢质内胆碳纤维全缠绕高压气瓶的研制

大容积钢质内胆碳纤维全缠绕高压气瓶研制的关键技术包括钢质内胆的旋压成形、内胆热处理、碳纤维全缠绕固化工艺技术。以上技术决定高压气瓶的质量性能和制造成本。本文阐述了以上工艺技术的研发过程、形成的工艺评定及可行性的试验验证。

基于ANSYS的储氢气瓶快充温升流热固耦合模拟研究

以某款车用碳纤维全缠绕储氢气瓶为研究对象,基于ANSYS Workbench平台,充分考虑气瓶不同结构层的差异性和温度载荷分布不均匀性,进行了流热固耦合模拟计算分析。首先对气瓶快速充装过程内部气体流场进行三维数值模拟研究其温升规律,然后将流场计算结果加载到气瓶结构层进行稳态热分析,最后将流场及热分析结果均加载到气瓶结构层进行结构静力学分析。结果表明:当充装结束时,气瓶最高温度及碳纤维复合层受到的最大应力均出现在瓶尾封头和筒体的连接处;相较于内压引起的机械应力,温度载荷引起的热应力很小;机械应力与耦合应力数值相差不大,碳纤维复合层的机械应力略小于耦合应力,而铝合金内胆层由于膨胀系数大,温度载荷引起的压缩热应力抵消了一部分机械应力,使得耦合应力小于机械应力。

提高和稳定铝合金内胆复合气瓶疲劳寿命要点分析

比照其它各类型气瓶,简要介绍了铝合金内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的优缺点;讲述了提高铝合金内胆复合气瓶疲劳寿命的工艺手段、施加预应力的方法和注意要点;分析了铝合金内胆复合气瓶设计、制造中影响气瓶疲劳寿命的主要因素。