缠绕层表面缺陷对CNG-2复合气瓶爆破压力的影响

为了研究复合材料层表面缺陷对于CNG-2复合气瓶爆破压力的影响,通过考察实际的表面缺陷形状,将复合层表面缺陷简化为一定尺寸的矩形槽。对带有2 mm深度矩形槽型缺陷的复合气瓶进行爆破试验,并利用有限元数值计算软件ANSYS计算其爆破压力,以分析2 mm深矩形槽型缺陷对气瓶爆破压力产生的影响及其原因。结果表明,矩形槽型表面缺陷对于气瓶内衬应力的影响并不明显,而对缠绕层应力影响较大,缠绕层矩形槽型缺陷底面的应力超过复合材料抗拉强度保证值,使得复合气瓶爆破压力减小。     

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。     

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。     

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。     

环缠绕钢内胆气瓶爆破失效分析

为了研究环缠绕钢内胆气瓶(CNG-Ⅱ气瓶)爆破失效原因,对制造过程中爆破失效的钢内胆气瓶断口、材料化学成分、力学性能、内外表面无损检测和金相组织进行试验研究和分析,对钢管热轧、热扩和冷拔工艺进行分析。结果表明,环缠绕钢内胆气瓶爆破失效的原因为:钢管终轧温度高、冷却速度慢导致化学成分偏析的钢管出现网状碳化物;热扩推挤速度快造成钢管加热时间不足,使钢管在低于工艺要求温度下热扩,导致存在网状碳化物的钢管开裂,形成孔洞和裂纹,冷拔加速材料内部孔洞和裂纹扩展;气瓶在水压试验或水压爆破试验中因材料中的孔洞或裂纹快速扩展出现爆破失效。     

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。     

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.     

CNG-2型气瓶用玻璃纤维增强材料耐腐蚀性能分析

为了了解车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶(CNG-2型气瓶)所用玻璃纤维的耐腐蚀性能,测试和比较了两种常用的玻璃纤维E-CR玻璃纤维和E-玻璃纤维的成分、物理性能、耐酸性、应力腐蚀性能等。通过干纱失重试验、应力腐蚀试验及酸腐蚀试验等研究可知,对于CNG-2型气瓶来说,E-CR玻璃纤维比选择E-玻璃纤维拥有更高强度和耐腐蚀性能,因此,选择E-CR玻璃纤维对气瓶的安全性能提高具有更可靠的保证。     

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。     

二氧化碳高压气瓶定期检验中水压试验泄漏失效分析

为了研究二氧化碳高压气瓶定期检验中水压试验漏水失效原因,对泄漏的高压气瓶材料的化学成分、力学性能、宏观和微观断口和金相组织进行研究和分析,结果表明,气瓶内表面发现许多细小的腐蚀凹坑;泄漏位置的裂纹断口面覆盖一层灰黑色腐蚀产物;裂纹起始于内表面脱碳层,呈树根状向外表面扩展;在气瓶内表面易于腐蚀发生的条带组织上形成的穿晶裂纹,具有应力腐蚀开裂特征。泄漏失效的原因为:CO_2与水形成腐蚀性介质环境,在内压作用下,在气瓶内表面条带组织上发生应力腐蚀开裂,裂纹向外表面扩展导致局部穿透整个壁厚或者壁厚不能承受额定的压力而出现泄漏失效。     

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。     

高压制冷气瓶的轻量化设计与分析

高压制冷气瓶主要用于红外探测器的制冷。对相同容积不同内径的高压制冷气瓶进行理论计算与对比,进而对高压制冷气瓶进行轻量化设计。通过轻量化设计后的强度分析,确认相同容积不同内径的高压制冷气瓶,爆破压力基本一致,同时满足安全因数要求。最后通过试验验证了高压制冷气瓶的轻量化设计与分析结果。     

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。     

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。     

PC型超高强度钢小容积无缝气瓶的研制及安全可靠性试验

本文介绍了超高强度钢特种用途气瓶的材料及研制要点；成品气瓶型式试验结果；并在此基础上对气瓶的常规强度安全性能（ｎｓ，ｎｂ及爆破形貌），疲劳寿命，低温性能，及内壁防腐处理作了安全可靠性分析。     

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%。     

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。     

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。     

二氧化碳气瓶安全性能的技术检验实践

1前言随着食品饮料业的迅速发展，对二氧化碳无缝气瓶的需求量日益增加。为了用户的安全和防止意外事故，必须对二氧化气瓶的安全性能进行严格的技术检验，包括对其进行几何尺寸核对、外观检查、水压试验、气密性试验、爆破试验、金相硬度试验、材质分析和力学性能试验等。多年以来，作者受有关部门委托，对各种类型气瓶尤其是进口二氧化碳气瓶进行了上述各项检验。现以某公司和某啤酒厂送检的进口铝合金二氧化碳无缝气瓶的检验为例介绍一些具体做法。2资料审核与外观检查送检气瓶的原始资料必须进行认真细致的审核，审核内容主要为气瓶的几…     

冷旋压高压气瓶瓶底结构强度分析

以冷旋压高压气瓶瓶底结构为研究对象,气瓶材料为34CrMo4H高强度合金,采用有限元法,对各载荷工况条件下瓶底的应力分布进行分析,结合相关的强度设计标准对瓶底结构进行强度分析,并对高压气瓶瓶底结构进行了优化。结果表明:瓶底结构满足强度要求,所产生冷旋压气瓶的爆破压力远小于设计极限压力,且还有相当的安全裕量;在满足气瓶强度要求的条件下,提出了一种更为合理的冷旋压高压气瓶的瓶底结构,从而为冷旋压高压气瓶的优化改进提供了技术支撑。