复合材料CNG气瓶的结构设计与研究

介绍了复合材料压缩天然气(CNG)气瓶的国内外发展情况,对车用复合材料CNG气瓶的基本结构及主要制造工艺进行了研究,阐述了复合材料CNG气瓶的安全问题及发展趋势。     

纤维缠绕车载CNG气瓶的结构设计及其有限元分析

根据薄膜理论分析了气瓶封头的椭球比对气瓶强度和稳定性的影响,依据网格理论,结合气瓶容积、使用空间以及实际生产工艺等约束条件,确定了气瓶的内衬几何尺寸、纤维缠绕层的纤维厚度和缠绕角度。最后利用ANSYS中的参数化设计语言(APDL),分别对各种工况下的强度、稳定性进行了仿真模拟和数值计算分析。结果表明,设计的70L纤维缠绕车载CNG气瓶的强度、稳定性满足铝内衬全缠绕碳纤维增强复合材料气瓶的基本要求(DOT-CFFC)。     

复合材料天然气气瓶预紧压力的研究

本文针对铝内衬全缠绕复合材料天然气气瓶,应用ALGOR FEAS有限元分析系统进行了气瓶材料的弹塑性历程分析,设计了气瓶的预紧压力。采用轴对称的应力－应变关系对气瓶金属内衬、复合材料进行了应力分析,确定了气瓶的应力分布状态。研究表明,通过预紧压力设计,降低了铝内衬工作状态下的最大拉应力,实现了提高复合材料气瓶疲劳寿命的目的。     

探讨CNG车用气瓶的安全监管

近年来,随着新能源汽车的不断发展,天然气成为新型燃烧动力,同时车载CNG气瓶的安全也引起了社会各界的广泛重视。结合当前车用CNG气瓶应用现状,并阐述了气瓶安全监管的具体事宜,希望能够为加强CNG气瓶安全管理、消除使用隐患提供更可行的理论依据。     

天然气汽车的充装安全管理

随着车用天然气业务在全国范围内的快速发展，如何加强CNG车载气瓶的充装管理，减少车载气瓶爆炸事故的发生。     

大型碳纤维复合材料气瓶在压缩天然气储运领域中的研制与应用进展

采用碳纤维缠绕成型技术制造的大型压缩天然气(CNG)气瓶,具有质量轻、强度高、疲劳强度好,耐腐蚀等特点,可以满足海洋油田天然气开发及天然气的陆上储运等领域的应用需求。本文综述了国际上大型碳纤维复合材料CNG气瓶的研制及应用现状,结合国内天然气开发及储运和国产碳纤维复合材料应用的现实,提出了研制大型CNG复合材料气瓶应突破的关键技术、标准规范以及成型装备等。     

扁长型车载LNG气瓶设计及应力分析

为了提高汽车的空间利用率,基于异形容器设计原则,设计一种新型扁长型车载LNG气瓶,并进行受力分析。首先,利用压力容器试算法,确定LNG气瓶各关键尺寸;然后,利用非线性屈曲和应力分析,从结构稳定性和强度角度进行优化,优化后的结果显示气瓶最大应力减小了45.2%;最后,采用应力线性化对气瓶受力进行分析,发现定义6个关键路径能满足强度限制标准。     

含缠绕层缺陷大容积钢内胆复合材料气瓶爆破压力分析

采用有限元软件构建大容积钢内胆复合材料气瓶模型,并在缠绕层表面建立三个体积型缺陷。详细阐述了数值模型的构建过程,重点分析了在设计爆破压力(50 MPa)下含不同缠绕层表面缺陷的气瓶内胆和缠绕层应力分布及大小,通过最大应力准则预测了各自情况下的爆破压力,与气瓶水压爆破试验数据进行了对比,并在此基础上研究了不影响爆破压力的缠绕层表面临界缺陷尺寸。模拟结果表明:缺陷对内胆应力影响较小,但缠绕层应力会因此急剧增大;爆破压力则是明显减小,且深度对其影响更大;针对本文讨论的气瓶,给出了临界面积为200 mm×200 mm,临界深度为1 mm这一结论。     

碳纤维缠绕复合气瓶爆破压力的有限元分析

本文主要采用有限元法分析复合气瓶的爆破,按最大应力准则和最大应变准则预测爆破压力,并与《DOT CFFC》标准规定的最小爆破压力进行比较,计算误差百分比,由误差百分比分析得出,按最大应变准则预测爆破压力较为接近最小爆破压力,对工程实践有较大的指导意义。     

复合材料缠绕气瓶在随机振动环境下的力学分析

本文以固定在支架上的复合材料缠绕气瓶为研究对象,研究其在使用过程中的随机振动下的应力,结合三区间法和Miner准则进行疲劳寿命评估。在此基础上,以最长寿命内衬为目标,对气瓶的固定件-绑带进行优化分析,并给出了快速确定绑带间距的方法。     

纤维缠绕全塑CNG气瓶材料选择准则

本文推导出纤维缠绕全塑CNG气瓶结构材料——纤维的拉伸强度选择准则。     

基于渐进损伤数值模拟的复合材料气瓶爆破压强优化

本文针对金属内衬复合材料气瓶进行渐进损伤的数值模拟并根据不同铺层方案气瓶的爆破结果进行优化选择。在ABAQUS软件中建立了气瓶模型,选用Hashin失效准则和Tan退化模型提出了渐进损伤理论,通过编写USDFLD子程序实现对复合材料模型渐进损伤的预测过程,并使用NOL环验证了损伤理论的准确性;对不同铺层方式的气瓶分别进行爆破结果的预测和渐进损伤分析。NOL环拉伸破坏结果表明,模拟得到的破坏应力与实际值的误差为1.9%,证明了渐进损伤理论用于环形缠绕模型是可行的。气瓶的爆破预测结果表明,预测的压力和失效位置与真实试验结果很接近。不同铺层的气瓶的爆破结果比较表明,铺层角度和数量对气瓶爆破压力及位置有较大影响。气瓶的渐进损伤分析结果表明,复合材料气瓶的损伤是一个从基体开裂逐渐过渡到分层缺陷,最终导致纤维断裂和气瓶爆破的过程。     

UHMWPE纤维缠绕铝内衬复合材料气瓶爆破压力预测

本文利用有限元强大的后处理功能,在复合材料气瓶的有限元模型上选取一条路径,使其能够代表复合材料气瓶模型上的所有点,然后在同一载荷下观察这一路径上的点的应变曲线,观察曲线规律,从中选取三个点做出载荷-应变曲线,找出最大应变点。然后做出环向纤维缠绕复合材料层的这个点在不同载荷下的载荷-应变曲线,根据最大应变准则,预测UHMWPE纤维缠绕复合材料气瓶的爆破压力。     

CNG复合材料缠绕气瓶自紧压力的优化

面对日益恶化的环境和石油资源的枯竭,使得作为清洁能源应用典型的CNG气瓶的使用逐年增加,CNG汽车在国内逐渐推广使用。CNG-2气瓶由于其质量轻、强度高和安全可靠等优点得到了广泛的应用。使用过程中,CNG气瓶也出现了一些故障和爆炸事故,从而导致气瓶的安全分析和研究越来越受到关注。而自紧则是对气瓶安全的第一道防线,如何选择合适的自紧压力成为重中之重。本文以CNG-2气瓶为研究对象,以ANSYS为分析工具,详细说明了自紧压力的优化过程。     

车用气瓶缺陷在线检测技术研究应用

近些年来,天然气作为车用燃料的应用日益广泛。为了解决车辆的续驶里程与天然气能量密度小的矛盾,一般采取对天然气加压来增加车辆携带的燃料量,即将天然气加压充入车上的气瓶中。承装压缩天然气(CNG)的气瓶,由于压力为20MPa,无论是钢瓶还是复合材料瓶,长期使用及反复充装都会引发气瓶安全问题。为此须对气瓶进行定期检测,查验出不安全气瓶。但是每次都进行卸瓶检验给用户带来很大麻烦,为了解决这个矛盾的途径之一就是研究一种既易操作又有效的检验方法,作为在压缩天然气气瓶检验周期内的一种补允、预检手段。比如,可用此法在每半年内对压缩天然气气瓶作一次检测,而检测时不用拆卸车载压缩天然气气瓶,检测后对有安全疑问的气瓶才拆下,按相关标准再作进一步检验评定。另外一个途径就是采用超声波、红外热成像检测、声发射检验等检测方法考虑。     

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。     

信息动态

关于连续玄武岩纤维制造天然气瓶的试验目前,压缩天然气(CNG)瓶的制造还在世界上迅速增长。这是根据来自汽车工业对廉价与经济"清洁"燃料需求增长的结果,而且尤其需要CNG。然而,CNG的利用涉及到储存与安全运输等问题。关于CNG储存容器(如CNG气瓶)必须坚固、质量轻、耐冲击及耐温度。目前,储存气瓶可分为3类,主要取决于制造气瓶所用的材料:金     

基于ACP的碳纤维复合材料气瓶渐进损伤与爆破压力预测

碳纤维复合材料气瓶失效与爆破压力预测技术呈现出越来越多样化的趋势。基于ANSYS ACP建立了T800碳纤维复合材料气瓶理论模型,采用Camanho P P提出的刚度退化方案,对2.4L复合材料气瓶进行了渐进失效和爆破压力的预测,详细阐述了模型的构建和结构损伤,重点分析了含基体开裂、纤维断裂和内胆破裂缺陷下不同缠绕层的气瓶应力分布和损伤过程。最后通过水压爆破试验得到实验结果,该结果与理论值吻合较好。     

复合材料气瓶的优化设计

随着能源结构的变化和环境污染问题的日益加剧,汽车工业的研究重点开始转向清洁能源领域,采用天然气为能源的汽车已经越来越受到人们的欢迎,而作为天然气的盛装载体——气瓶的发展必将会迎来全新的挑战.借助有限元分析软件,对车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶进行了有限元分析,得出了各工况下复合材料气瓶应力分布关系,为复合材料气瓶的优化设计提供了思考和借鉴.     

长管拖车用大容积环缠绕复合材料气瓶充气及冷却过程温度变化的数值模拟研究

建立了压缩天然气车(CNGV)用大容积环缠绕复合材料气瓶的充气温升数值模型,通过计算流体力学软件Fluent17.1进行数值仿真,模拟1800 s充满20 MPa、2500 L的CNG气瓶的填充过程以及5400s的静态冷却过程。详细介绍了该有限元模型的设置过程,重点分析了气瓶内气体流向、温度分布,以及充气及冷却过程的壁面温度状况,模拟结果表明,大容积气瓶的高温区域集中在瓶尾,该工况下的充气不会使气瓶壁面温度超过许用温度。