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。

浅谈汽车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶的定期检验

近年来,随着国家对环境保护要求的提高,使用天然气作为燃料的汽车越来越多,车用气瓶的定期检验就成为了一个非常重要的课题。通过对车用气瓶定期检验的流程、检验过程、检验方法、注意事项等进行了叙述分析,为检验人员提供一些借鉴。

对《呼吸器用复合气瓶定期检验与评定》(GB24161—2009)的商榷

通过复合气瓶定期检验中遇到的实际问题,对GB 24161-2009《呼吸器用复合气瓶定期检验与评定》标准范围的覆盖面、个别检验项目评定指标的可操作性以及个别项目评定指标与设计的偏差进行了探讨。

CFRP内衬法加固预应力钢筒混凝土管的内水压力试验研究

通过内水压力试验,研究了CFRP内衬法加固预应力钢筒混凝土管(PCCP)的结构力学性能和破坏模式,并采用光纤布拉格光栅(FBG)感测技术测试了试验过程中PCCP各层结构和CFRP内衬的变形情况,得到了内水压力作用下PCCP结构的力学响应规律。同时,模拟了在所有预应力失效的情况下,PCCP的力学性能及破坏情况。结果表明,在内水压力为1.8 MPa时,PCCP原管管芯混凝土开裂,而CFRP加固管在加压至1.9 MPa后发生开裂,表明CFRP内衬能够有效增强管芯混凝土的延性,有效延缓管芯混凝土开裂,提高PCCP抗裂性能。同时,CFRP内衬法加固所有预应力失效的PCCP能够承受原设计内水压力,表明CFRP内衬能够恢复受损严重PCCP的承载能力。

6061铝合金内衬碳纤、玻纤全缠绕压力容器的发展

目前的压力容器要求具备质量轻、耐蚀性好、可靠性高、制造周期短、承载能力强、结构效率高、气密性和力学性能优良等特点,应用于轻工、能源、医疗、交通和航空航天等领域。影响压力容器的使用寿命的主要因素有:内衬失效、内衬与缠绕层界面分离或破坏、纤维缠绕层失效。结合笔者自身的工作经验,对碳纤、玻纤全缠绕铝合金内衬的压力容器的设计及发展进行了阐述,论述了完善内衬和纤维缠绕层的设计,提出了可行的加工生产方案,分析了容易出现的问题。

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。

基于渐进损伤的纤维全缠绕铝内胆气瓶自紧工艺

采用渐进损伤的分析方法对纤维全缠绕铝内胆气瓶的力学行为进行分析。基于三维Hashin失效准则,自定义刚度折减方案,编译VUMAT子程序,实现了复合材料层合板损伤的产生和演化过程的模拟。依据经典网格理论并结合实际情况,建立气瓶有限元模型。分析了复合材料层渐进损伤发展和累积的过程,验证了自紧工艺对提高气瓶承载力的必要性,提出了合理的自紧力范围。研究结果表明,损伤发生的顺序或可能性:基体拉伸>拉伸分层>纤维拉伸/基体压缩,且损伤大都从螺旋缠绕层开始。除基体拉伸损伤由封头向筒体发展,由复合材料外层向内层发展,其余损伤大都从筒体中部向两端发展,由内层向外层发展。当自紧力为最大工作压力的1.5~1.65倍时,气瓶的应力分配得到改善,承载能力得到提高。从减少复合材料的损伤和最大程度降低内衬应力的角度,最优自紧力应为最大工作压力的1.5倍。

高压消防氧气瓶材料的发展

本文阐述了高压消防氧气瓶的内衬和外层材料的演变历史，并对内衬的制作工艺作了一些说明，指出了氧气瓶的未来发展趋势。

薄壁钢内衬CF圆筒承压性能仿真及水压爆破试验

针对含薄壁钢内衬的碳纤维缠绕圆筒典型结构,建立三维有限元模型,采用温度参数法逐层计算内衬剩余应力,并预测其承压性能;基于水压爆破试验,研究了多缠绕角下缠绕张力、不同碳纤维等级对钢内衬及复合材料圆筒承压能力的影响,并结合钢内衬的声发射振铃计数特征判别载荷屈服点。试验结果表明,含薄壁钢内衬的碳纤维缠绕圆筒的最佳缠绕张力为75 N左右,T700,T300两种强度碳纤维复合圆管的钢内衬最大屈服载荷基本相同。

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。

车用70 MPa压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶的应力分析

70 MPa车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶(以下简称车用70 MPa氢气Ⅲ型气瓶)作为氢燃料电池汽车供氢系统的一个关键部件,具有耐高压、重量轻和储氢密度大等特点,是当前氢燃料电池汽车用氢气瓶的首选产品。以27 L车用70 MPa氢气瓶产品为例,利用ABAQUS软件对气瓶在自紧压力后的零压力、公称工作压力、许用压力、水压试验压力和最小爆破压力下的应力进行分析,掌握气瓶在各个压力状态下的应力分布规律,为气瓶的设计提供一定的依据。

70 MPa碳纤维缠绕储氢气瓶结构设计与力学性能研究

设计了70 MPaⅢ型与Ⅳ型储氢气瓶结构,建立了相应数值仿真模型研究各种工况载荷下储氢气瓶的力学性能,对比了Ⅲ型和Ⅳ型气瓶力学性能特性差异,探究了缠绕层厚度和自紧处理对储氢气瓶力学性能的影响。结果表明:所设计的70 MPa储氢气瓶纤维应力比大于2.25,满足标准要求;Ⅳ型气瓶螺旋缠绕层应力分布规律与Ⅲ型类似,而内衬应力分布规律不同;Ⅲ型储氢气瓶的环绕层厚度增加可降低其环向层应力,但螺旋缠绕层主应力增大;增加螺旋缠绕层厚度可降低环向层、螺旋层应力;自紧处理可降低工作压力下气瓶内衬应力,但随自紧载荷增加纤维缠绕层应力增大。

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。

空气呼吸器复合气瓶及定期检验

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