缠绕层表面2 mm 深椭圆损伤对 CNG -Ⅱ复合气瓶应力的影响

为了研究缠绕层外表面损伤对于CNG-Ⅱ复合气瓶安全性能的影响，通过考察实际气瓶表面损伤形状，将复合气瓶表面损伤简化为一定尺寸的椭圆形凹坑。对缠绕层表面带有2 mm深度椭圆形凹坑损伤的复合气瓶进行爆破试验，利用有限元软件ANSYS计算其爆破压力。比较试验爆破压力和数值分析结果，验证数值分析方法的正确性。在此基础上，对带椭圆形凹坑损伤的CNG-Ⅱ复合气瓶进行应力分析，得出缠绕层外表面椭圆形凹坑损伤对气瓶安全性能造成不良影响。     

含缠绕层缺陷大容积缠绕气瓶安全性能与评定研究

为研究缠绕层体积性缺陷及线性缺陷对大容积缠绕气瓶安全性能影响,通过对带有不同尺寸缠绕缺陷的大容积缠绕气瓶进行疲劳试验、爆破试验,并采用有限元分析等方法研究了不同尺寸的缠绕层缺陷对内胆应力状态、缠绕层应力状态影响。通过有限元分析,对于面积为250 mm×250 mm,深度为3 mm的体积性缺陷,内胆应力几乎未变,缠绕层应力增加38.9%,经历11 000次疲劳试验,未发生变化。在爆破试验中,对于含面积为250 mm×250 mm缠绕层缺陷的大容积缠绕气瓶,当缺陷深度分别为3 mm时,爆破压力下降9.9%,略低于设计爆破压力,仍满足安全使用要求,当缺陷深度为6 mm时,爆破压力大幅下降20.9%。研究结果表明,对于轴向长度不超过250 mm,深度不超过3 mm的缠绕层缺陷,大容积气瓶安全性能仍满足使用要求,如缺陷深度超过3 mm,可评定为Ⅲ级。     

低温复合材料气瓶爆破压力的有限元分析与试验研究

基于ANSYS软件建立了低温复合材料气瓶爆破压力分析的有限元模型,通过缠绕层纤维损伤情况及内衬应力、应变和位移变化情况分析,对所研制气瓶80 K温度下的爆破压力进行了预测。搭建了复合材料气瓶的低温爆破试验装置,开展了所研制气瓶液氮温区下的爆破试验。研究结果表明,所研制低温复合材料气瓶80 K温度下爆破压力的有限元计算值和试验值分别为78 MPa和71.28 MPa,误差为9.4%,说明了该低温复合材料气瓶爆破压力有限元分析方法的合理性。     

环缠绕钢内胆复合气瓶轴向破裂原因分析

为了研究环缠绕钢内胆复合气瓶(CNG-Ⅱ)轴向破裂原因,对实际CNG-Ⅱ气瓶水压爆破试验中出现轴向破裂的气瓶进行有限元分析。对比水压爆破试验结果和有限元分析结果,验证有限元建模的准确性。在此基础上,对受试气瓶进行应力分析,研究气瓶内胆和缠绕层的应力分布,得出气瓶在爆破压力下,内胆筒体段轴向应力大于环向应力,产生超压破坏,发生轴向破裂。     

缠绕张力对环缠绕复合材料气瓶应力的影响

提出了一种等效降温法,将缠绕张力产生的预应力等效模拟为复合材料层降温产生的预应力,通过理论推导得到了缠绕预应力与复合材料层降温量之间的计算公式,基于等效降温法并利用通用有限元软件研究了缠绕张力对环缠绕复合材料气瓶应力的影响。结果表明：随着缠绕预应力的增大,环缠绕复合材料气瓶内胆工作应力减小、复合材料层工作应力增大;缠绕张力预应力较大时会抵消自紧工艺效果,气瓶工作应力和纤维应力比主要受缠绕张力影响,在进行有限元应力分析和纤维应力比计算时应考虑缠绕张力作用。     

复合材料缠绕层缺陷深度对CNG-2气瓶强度影响的研究

通过创建一种特殊的模型路径叠加分析方法,利用有限元技术,研究和探讨了具有给定缺陷长度和不同缺陷深度的CNG-2气瓶的应力状态改变及状态叠加方法.通过重点研究不同缺陷深度对CNG-2气瓶内胆强度的影响,发现缠绕层缺陷深度变化对于缺陷局部附近的气瓶内胆强度和使用安全性有重要影响,而远离缺陷部位的内胆简体的性能几乎不受缠绕层缺陷深度的影响.     

气瓶内衬屈服强度对环缠绕复合气瓶疲劳性能影响的研究

为考察气瓶内衬材料的屈服强度对环缠绕复合材料气瓶(CNG-Ⅱ)性能影响,利用有限元数值模拟的方法,在气瓶的结构参数、纤维缠绕层参数、内衬材料的抗拉强度、自紧压力一定的情况下,研究内衬屈服强度变化对气瓶疲劳寿命的影响。有限元分析结果表明,随着内衬材料屈服强度的增加,CNG-Ⅱ复合气瓶的自紧效果变差,工作压力下所受环向平均应力增大,疲劳寿命降低。同时,对三种不同规格尺寸的环缠绕气瓶在不同屈服强度下的疲劳试验数据进行分析,进一步验证了复合气瓶的寿命随着内衬屈服强度的增加而减小。因此,在CNG-Ⅱ复合气瓶的生产过程中,有必要在一定程度上降低内衬的屈服强度,以改善复合气瓶的性能。     

车用压缩天然气全复合材料气瓶缺陷分析

在对车用压缩天然气全复合材料气瓶进行定期检验过程中,发现气瓶内胆出现鼓包和裂纹等缺陷。为了确定缺陷产生的原因,对复合气瓶内胆材质进行力学性能、微观分析、缠绕层和内胆材料线膨胀系数测试。在此基础上,采用工业CT方法分析了气瓶内压与缺陷产生的关系。分析认为,缠绕层与内胆材料线膨胀系数不同是复合气瓶产生鼓包和裂纹的根本原因,同时,充放气过程中的内压和温度的低周循环也是气瓶产生缺陷的重要因素。     

扩孔工艺对复合材料气瓶强度的影响

扩孔工艺可以改善复合材料气瓶瓶肩堆积并影响气瓶强度。为了研究该影响规律,首先,通过对比多个气瓶封头厚度的计算方法,组合推出双公式法,该方法能够较准确地模拟气瓶封头纤维层厚度的变化;然后,利用有限元方法建立气瓶渐进损伤模型预测爆破压力,并利用爆破试验验证了模型的准确性。结果表明,适当的扩孔工艺能使封头上纤维厚度极值降低31.53%,且过渡更加均匀;爆破压力下,封头内胆上的Mises应力整体下降且在瓶口下降更为显著,Mises应力曲线更加平滑;气瓶整体极限承载能力提高2.68%。     

纤维环向缠绕复合材料气瓶冲击损伤容限研究

为研究纤维缠绕复合材料层CNG气瓶冲击后损伤容限问题,采用疲劳应变比率作为损伤变量,建立疲劳累积损伤模型;对气瓶缠绕层的冲击损伤剩余强度采用开孔等效计算方法,应用Nuismer—Whitney平均应力准则,关联疲劳累积损伤函数中的最大应力与拉伸载荷下的含孔层合板剩余强度的关系,建立适用于在疲劳载荷下的含孔层合板结构剩余强度的估算方法,用于复合材料CNG气瓶冲击剩余强度的预测。结果表明,文中提出的分析模型预测结果与专家提出的复合材料气瓶冲击损伤评定标准基本吻合。     

碳纤维缠绕储氢瓶的有限元自紧分析和爆破压力预测

根据高压储氢瓶的金属内胆和外部碳纤维缠绕层的结构特点进行各向同性金属和各向异性复合材料叠层的有限元建模。考虑自紧作用与气瓶的实际工况,对气瓶在不同内压下应力和变形的弹塑性响应进行了分析。参考DOT CFFC标准对气瓶进行了自紧设计和弹塑性加卸压模拟分析。基于渐进破坏理论,用Tsai-Wu失效准则判断复合材料失效模式,并据此修改单元刚度;利用单元生死技术,依据失效单元数目的急剧增大来预测气瓶的爆破压力,与文献试验结果相比误差很小,验证了该方法的可靠性。     

长管拖车缠绕气瓶纤维层冲击损伤的数字射线检测

采用缠绕气瓶替代钢制无缝气瓶是长管拖车轻量化的重要手段之一,但对于缠绕气瓶缠绕层因冲击造成的内部损伤,目前仍缺少成熟有效的检测手段。采用数字射线检测方法,针对玻璃纤维缠绕层冲击损伤造成的分层和危害较大的纤维断裂进行了试验研究。试验表明,采用数字射线检测能够有效检测最小深度为0.5 mm模拟纤维环向断裂刻槽和0.25 mm的模拟纤维轴向断裂刻槽;此外,还通过试验验证增加补偿块的方式,能极大地改善缠绕层分层部位的一次切向透照成像质量,进而提高检测效率。     

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715 mm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。     

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。     

混合复合层材料增强金属内衬圆柱壳失效机理研究

重点针对混合复合层材料增强金属内衬圆柱壳在旋转或者内压载荷下的失效机理进行了研究.首先,通过有限元法建立圆柱壳的应力计算模型,并进行试验验证;其次,通过理论分析,明确随着载荷增加,金属内衬的应力率先达到屈服强度,并分析金属屈服后对复合材料层应力的影响;最后,设计验证试验,建立复合材料各层应力与爆破压力关联性方程,明确了...     

全缠绕复合气瓶的设计与研究

介绍了复合材料制成的全缠绕复合气瓶的应用和发展现状。系统介绍了全缠绕复合气瓶的各个设计过程。可作为复合气瓶的设计参考。     

天然气汽车复合材料气瓶的优化设计

以网格理论为基础 ,讨论了纤维缠绕车用气瓶在内压作用下的优化设计 ,对于等强度复合材料气瓶 ,以层厚为设计变量 ,最小体积质量比为目标函数 ,对不同缠绕角的情况利用序列二次规划算法进行优化设计     

含缺陷管道复合材料修复后承压能力研究

压力管道在制造安装运行期间,不可避免形成各种类型的缺陷,如非扩展型表面裂纹、机械划伤、凹陷等。在无法停输的情况下,采用补强技术修复此类非扩展型缺陷是一种行之有效的方法。为了测试复合材料缠绕修复管道焊接处机械损伤缺陷的效果,进行了全尺寸爆破试验,利用试验和有限元模拟方法研究了修复后管道的承压能力,分析了影响修复效果的各种因素。研究结果得出:复合材料修复技术能非常有效地修复管道机械损伤缺陷,修复后管道可以基本恢复承压能力,修复效果与实际工程管道缺陷类型、缺陷尺寸、缺陷位置以及现场修复条件等有紧密关系。     

碳纤维复合材料修复带缺陷储气井的应力分析及试验研究

针对天然气储气井井管外壁腐蚀现状,采用有限元计算方法,分析不同外壁腐蚀类型、不同腐蚀缺陷尺寸下储气井井管的应力分布、承载极限及疲劳性能;加工带缺陷储气井井管试件,选择碳纤维复合材料湿缠绕法补强修复;对修复后的井管试件进行有限元应力分析,并进行爆破试验和疲劳试验,以充分验证补强方法的有效性;储气井井管的理论分析和性能试验证明,碳纤维复合材料湿缠绕法补强可以有效地修复带外壁缺陷的储气井井管,有效、快捷地解决在役天然气储气井井管外壁腐蚀问题。     

超薄单层复合材料缠绕压力容器承载性能研究

针对压力容器承载性能,基于经典层合板刚度等效理论,提出了一种可以考虑复合材料缠绕层单层厚度的压力容器承载性能分析方法;与实际铺层有限元模型进行对比,验证了分析方法的有效性;对不同单层厚度的复合材料进行了单向拉伸试验,获得材料强度与单层厚度的关系;分析了超薄单层复合材料缠绕压力容器的应力分布、失效系数分布及失效压力。结果表明,超薄单层复合材料缠绕压力容器的应力和损伤分布更为均匀,失效内压较常规单层厚度复合材料可提高54.5%。该研究成果可为超薄单层复合材料缠绕压力容器的结构设计提供可靠的理论参考。