铝内胆碳纤维缠绕气瓶及定期检验

本文介绍铝内胆碳纤维缠绕气瓶类型、结构、材料以及应力分布,并对该类气瓶定期检验技术进行了探讨,提出了缺陷评定的技术要求。

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。

铝合金内胆碳纤维缠绕气瓶最佳自紧压力分析

本文通过数值仿真计算出不同自紧压力下对气瓶疲劳寿命的影响规律,得到了铝合金内胆碳纤维缠绕气瓶最佳自紧压力。首先,构建了工作压力为35MPa的精细化有限元气瓶模型。其次,采用渐进损伤方法计算出复合材料铺层在自紧压力和疲劳循环压力下的基体损伤,从而得出了基体损伤后的气瓶内胆应力分布,建立了基于Morrow平均应力修正的Manson-Coffin等效应变法的气瓶疲劳寿命预测方法。根据纤维应力比计算出了自紧压力范围,并开展了不同自紧压力对气瓶疲劳寿命的影响规律研究。结果表明,在53MPa自紧压力之前,气瓶疲劳寿命随着自紧压力的增高稳定提升;在自紧压力达到53MPa之后,气瓶疲劳寿命变化波动较小,且在57MPa自紧压力下达到最大疲劳寿命之后出现下降趋势。因此,最终得出本文铝合金内胆碳纤维缠绕气瓶的最佳自紧压力为57MPa。

铝合金内胆碳纤维缠绕气瓶爆破与疲劳性能研究

本文采用试验测试与数值模拟相结合的方法,研究了铝合金内胆碳纤维缠绕气瓶爆破压力与疲劳寿命的关联规律。开展了铝合金内胆碳纤维缠绕气瓶的设计和制造,并进行了水压爆破和疲劳性能试验测试,获得了气瓶的爆破压力、疲劳寿命和破坏形貌。建立了基于渐进损伤分析模型的气瓶爆破压力预测方法、基于Morrow平均应力修正及Manson-Coffin等效应变法的气瓶疲劳寿命预测方法,取得了与试验吻合的结果。分析了气瓶设计参数对爆破压力和疲劳寿命的影响规律,结果表明,2.25倍爆破安全系数的气瓶在工作压力较高或气瓶筒身直径较大的情况下,仅通过自紧处理难以同时满足最小爆破压力和最低疲劳寿命的要求,因此还需适当地提高爆破安全系数或增加内胆筒身厚度。

基于MFCC的碳纤维复合缠绕气瓶损伤声发射信号分析

针对碳纤维复合缠绕(CFPR)气瓶的损伤在线监测问题,对CFRP气瓶冲击损伤过程的声发射检测进行研究。以获取到的气瓶损伤声发射信号作为研究对象,通过梅尔倒谱系数(MFCC)特征提取方法,将原始信号转换为特征系数向量,将其参数值及变化趋势进行同步比较。试验结果表明,不同损伤类型梅尔倒谱系数的分布呈现出明显的规律性。该研究结果可为CFPR材料的声发射检测信号识别提供一些参考。

LPG塑料内胆纤维缠绕气瓶相容性研究

近年来国内多家企业开展了塑料内胆玻璃纤维全缠绕液化石油气瓶的研发,考虑到国内存在将二甲醚掺入液化石油气的情况,文章采用相关试验验证了采用不同比例掺入二甲醚的液化石油气浸泡后PET材料的性能变化,得出了二甲醚的掺入会导致PET材料性能下降的结论,并指出了目前国内相关标准存在的不足,对今后液化石油气瓶的材料选择和试验方法,以及相关标准的制定或修订,具有一定的参考和借鉴意义。

高低温对碳纤维/环氧树脂复合材料高压气瓶的性能影响

为了获得T1000碳纤维/环氧树脂复合材料高压气瓶环境适应能力,有效地掌握气瓶高低温适应性固有规律,以容积50 L、工作压力30 MPa的复合材料气瓶(钛为内衬、碳纤维/环氧树脂为复合层)为研究对象,首先介绍了高低温循环下带压气瓶(在-40~80℃范围内成功通过热真空、热循环验证,具备高压承载能力)的热真空、热循环试验数据,然后采用与气瓶相同复合材料的拉伸试样(缠绕角分别为0°和90°),通过高低温极限摸底试验获得了复合材料经历不同梯度高低温后的拉伸性能数据,通过数据比对分析获得了高低温影响拉伸强度衰减的规律。同时,提出了一种高低温极限摸底试验的可靠性评估方法。结果表明,在-50~100℃范围内,试样拉伸强度及断裂伸长率变化较小;当温度高于100℃时,纤维和树脂的性能发生衰减,导致拉伸强度明显降低;当温度低于-50℃时,树脂的性能发生衰减,纤维受到的影响较小。试样高低温极限摸底试验的可靠度大于0.999,表明采用拉伸试样高低温拉伸强度数据的替代方式具有较高的等效性。

碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶的研制与应用进展

氢能是21世纪最有潜力的新型能源,具有高能、环保、可再生等优点,但氢气的储运技术滞后严重限制了其大规模应用。碳纤维缠绕复合材料氢气瓶因具有质量轻、韧性强、耐疲劳性好等优点,在储氢领域具有广阔的应用前景。本文综述国内外高压气态储氢技术研究现状,并结合国产碳纤维复合材料应用现实,论述了碳纤维缠绕储氢气瓶制备的技术要点、标准规范以及成型设备等方面的最新进展,展望了碳纤维缠绕储氢气瓶的产业前景。

复合材料高压气瓶的碳纤维缠绕设计和ANSYS分析技术

为了获得复合材料气瓶合理的有限元分析模型,并能够有效地掌握气瓶固有的变化规律,以不锈钢316L为内衬、碳纤维(T1000GB)/环氧树脂(BA202)为复合层的高压气瓶作为研究对象,介绍了一种采用螺旋缠绕与环向缠绕组合线型的缠绕设计方法。利用该方法确定复合层厚度、缠绕角、缠绕层数等参数,运用ANSYS程序,采用薄壁壳单元shell91建立了复合层多层结构模型,得出了气瓶应力、应变分布规律,并给出了气瓶疲劳破坏点和起裂点处失效参数的变化历程,最后,将ANSYS计算结果与试验实测结果作了比对分析,为定量化研究复合材料气瓶提供准确的数据支持。研究结果表明:ANSYS数值仿真结果与试验结果吻合良好,采用壳单元shell91可以比较正确地模拟复合层的多层结构;柱形复合材料气瓶破坏薄弱点位于筒体(靠封头)部位,气瓶受环向膨胀力影响较大,易使其沿纵向撕裂;随瓶内压力升高,薄壁内衬发生完全塑性变形,复合层仅发生弹性变形。

一种卫星用钛内衬-碳纤维缠绕复合材料气瓶特性研究

为了研究复合材料高压气瓶固有特性,针对钛内衬(TA1)/碳纤维(T1000GB)缠绕柱形复合材料气瓶进行了特性分析和应力-应变检测。总结了内衬特性和复合层特性对气瓶产生的各种影响,根据柱形气瓶环向应变和纵向应变实测数据分析了瓶体应变的变化规律和主要影响参数,找出了瓶体强度薄弱区,为结构优化和同类产品设计提供了可靠数据和理论指导。

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。

汽车用压缩天然气金属内胆纤维环缠绕气瓶的安装监督检验与质量控制

近些年,伴随国家对清洁能源和环境污染的重视,天然气汽车以其绿色排放、成本低廉等优点发展迅速,车用气瓶的需求量也与日俱增。车用气瓶安装是天然气汽车的质量安全环节中极其重要的一个方面,对其进行监督检验是保证天然气汽车安装质量和使用安全性的必要监督管理。通过对安装监检的重要性及现状、重点问题、应注意的问题、质量控制与建议等进行叙述分析,说明了安装监督检验的重要性。

6．8L铝内衬碳纤维全缠绕复合气瓶

一种6．8L铝内衬碳纤维全缠绕复合气瓶，以椭圆曲面尾端、简体部分、椭圆曲面颈部和含有内螺纹瓶口光滑无缝连接而成的铝内衬为芯模、铝内衬表面上按优化设计的铺层次序缠绕碳纤维层，其外表面上缠绕玻璃纤维抗冲击保护层，并在制造过程中经”自紧”技术进行处理。

50L碳纤维全缠绕增强铝内衬储氢复合气瓶

一种50L碳纤维全缠绕增强铝内衬储氢复合气瓶，以简体及对称于简体的两个含有内螺纹瓶口的椭圆曲面端部光滑无缝连接而成的铝内衬为芯模，铝内衬表面上按优化设计的铺层次序缠绕碳纤维层，其外表面上缠绕玻璃纤维抗冲击保护层，并在制造过程中采用“自紧”技术进行处理，其中铝内衬简体部分上交替缠绕纵向螺旋缠绕纤维层和环向缠绕纤维层，纵向铺层次序与椭圆曲面端纵向螺旋缠绕纤维层一致，并与椭圆曲面端部在简体的连接处的纵向螺旋缠绕角连续，两个椭圆曲面端部的碳纤维层为变角度纵向螺旋缠绕纤维层。本发明可使氢燃料电动车在单次加满氢燃料的情况下的行驶里程接近或达到燃油汽车行驶里程，具有实际使用价值，具有持久的良好气密性能和安全性能。

50升碳纤维全缠绕增强铝内衬储氢复合气瓶

一种50升碳纤维全缠绕增强铝内衬储氢复合气瓶，以简体及对称于简体的两个含有内螺纹瓶口的椭圆曲面端部光滑无缝连接而成的铝内衬为芯模，铝内衬表面上按优化设计的铺层次序缠绕碳纤维层，其外表面上缠绕玻璃纤维抗冲击保护层，并在制造过程中采用“自紧”技术进行处理，其中铝内衬简体部分上交替缠绕纵向螺旋缠绕纤维层和环向缠绕纤维层，纵向铺层次序与椭圆曲面端部纵向螺旋缠绕纤维层一致，并与椭圆曲面端部在简体的连接处的纵向螺旋缠绕角连续，两个椭圆曲面端部的碳纤维层为变角度纵向螺旋缠绕纤维层。本发明可使氢燃料电动车在单次加满氢燃料的情况下的行驶里程接近或达到燃油汽车行驶里程，具有实际使用价值，具有持久的良好气密性能和安全性能。

50升碳纤维全缠绕增强铝内衬储氢复合气瓶

一种50升碳纤维全缠绕增强铝内衬储氢复合气瓶，以筒体及对称于筒体的两个含有内螺纹瓶口的椭圆曲面端部光滑无缝连接而成的铝内衬为芯模，铝内衬表面上按优化设计的铺层次序缠绕碳纤维层，其外表面上缠绕玻璃纤维抗冲击保护层，并在制造过程中采用“自紧”技术进行处理，

汽车用CNG金属内胆纤维环缠绕气瓶定期检验常见问题及分析

汽车用压缩天然气（CNG）气瓶属于高压移动式压力容器，所盛装的天然气一旦发生爆炸，将会给人民生命财产带来严重的损失，对社会安定造成巨大影响。依据GB24162—2009《汽车用压缩天然气金属内胆纤维环缠绕气瓶定期检验与评定》对气瓶强制进行检测，检验机构在定检中发现问题并评判气瓶能否继续使用，以保证这类气瓶的安全使用，避免灾难性事故发生。

铝合金内胆复合纤维缠绕车用天然气气瓶制造技术

技术开发单位 黑龙江华安机械有限责任公司 技术简介 该技术项目突破了铝合金内胆简体冲拔成型、口部热旋压收口、强化热处理等关键技术，确定了气瓶的树脂配方、缠绕张力、自紧力等工艺参数。

18L碳纤维缠绕气瓶的研制

目的设计一种18 L碳纤维缠绕气瓶,专门用于在急救、转运潜水疾病、肺气压伤病员过程中,为便携式医疗加压舱提供呼吸气体。方法通过气瓶内胆和缠绕设计,确定相应的尺寸、质量和缠绕层数,再通过水压试验、疲劳试验和爆破试验验证其技术指标。结果气瓶容积18.1 L,质量9.86 kg,长度782 mm,外径201 mm。水压试验压力30 MPa、保压60 s,残余变形<5%;疲劳试验压力20 MPa,1 500次;实际爆破压力88.4 MPa。结论根据相关标准进行气瓶试验,试验情况满足《气瓶安全监察规程》的要求。

国产碳纤维缠绕气瓶的研发

首先筛选锁定了一款T700S级的国产碳纤维,然后通过试验找到了与之匹配性良好的环氧树脂体系。通过碳纤维/环氧树脂体系NOL环性能的测试、稳定性的比较,以及环氧树脂体系的工艺试验验证了使用该国产碳纤维开发缠绕气瓶的可行性。研发过程中,通过单向板性能的测试确定了复合材料的设计参数,使用网格理论设计了一款公称直径为715mm的缠绕气瓶,使用有限元分析手段对设计进行了验证;最后经爆破压力试验和常温压力循环试验证明本次缠绕气瓶的研发是成功的,设计方案可行。该方案为国产碳纤维缠绕气瓶的设计提供了参考。