高压全缠绕复合材料气瓶自紧优化分析

自紧处理能有效提高复合材料气瓶的疲劳性能和纤维利用率。以容积为140L、工作压力为35.0MPa的全缠绕复合材料气瓶为例,对其自紧压力优化方法进行研究,并采用有限元法对全缠绕复合材料气瓶进行自紧分析。结果表明:同时借助DOT-CFFC和ISO-11119标准可实现34.5MPa以上的全缠绕复合材料气瓶自紧压力的优化;经过最佳自紧压力处理后,35.0MPa全缠绕复合材料气瓶在工作载荷工况下内衬的承载能力和复合材料层的纤维利用率分别提高了42.1%和38.7%。     

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。     

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。     

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。     

干法缠绕成型工艺制备压力容器

碳纤维复合材料压力容器因其轻质、高强、耐腐蚀等特点广泛应用于航空航天领域。其工艺多采用湿法缠绕成型,存在着操作环境差,含胶量和制品质量不易控制等问题。因此,本文采用干法缠绕成型工艺制备6.8L复合材料气瓶,经气密试验,水压试验,疲劳试验和爆破试验,验证气瓶合格。通过干/湿法缠绕成型气瓶爆破压力对比分析,结果表明,干法缠绕6.8L复合材料气瓶爆破值稳定,偏差系数(CV)可以控制在3%以内,优于湿法缠绕成型。     

薄壁铝内衬缠绕高压复合材料气瓶的疲劳及爆破性能研究

为研制高结构效率的复合材料气瓶,采用T700碳纤维/环氧树脂体系在薄壁铝金属内衬上缠绕成型复合气瓶,对其进行了水压自紧试验,100次0～36MPa水压疲劳试验以及水压爆破试验,并且采用声发射、应变测试等方法对试验过程进行检测。结果表明,经过水压自紧试验后复合材料气瓶具有较好的疲劳性能,100次疲劳对气瓶的损伤较少,并且经过疲劳后的气瓶爆破压强仍然达到88MPa,具有较高的结构效率。     

碳纤维／环氧树脂在橡胶内衬表面的全缠绕工艺设计

根据橡胶内衬碳纤维全缠绕压力气瓶的技术指标,依据网格理论对缠绕层和缠绕张力进行详细的理论设计计算,确定缠绕参数和工艺.选用的环氧树脂体系力学性能优异,其黏度满足缠绕成型工艺要求,同时复合材料NOL环的断面形貌表明该树脂体系与T800碳纤维界面结合良好.对缠绕成型的压力气瓶进行试验,检测表明.水压爆破试验和疲劳试验结果均满足复合材料气瓶的设计要求.     

固定式燃料电池储氢气瓶的研制

以固定式燃料电池储氢气瓶的广泛应用为背景,对12L碳纤维全缠绕储氢气瓶的开发进行了研究。本文对CYD-128树脂浇铸体的拉伸性能进行了测试,同时开展了T700-12K/CYD-128复合材料NOL环的层间剪切试验。在此基础上,利用商业CADWIND软件,根据气瓶的技术指标对其进行了碳纤维的缠绕铺层设计,并利用ANSYS有限元应力分析,以对复合材料气瓶的缠绕工艺方案进行验证。根据设计的线型完成35 MPa高压储氢气瓶的缠绕,各项指标均满足使用要求。     

两种不同铝内衬碳纤维缠绕复合材料气瓶受力状况的对比分析

基于复合材料层合板弹塑性分析理论,参考DOT CFFC《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》标准,利用网格理论设计了容积70L的铝内衬碳纤维缠绕复合气瓶。在相同的预紧力和工作压力下,研究对比分析了两种不同型号铝合金6061和7075作为内衬的气瓶的受力状况。结果表明,铝合金6061作为内衬时,其内衬应力水平分布比较均匀,可以更好地发挥外缠碳纤维的高强度特性,且价格经济实惠,较7075更适合作为复合材料气瓶的内衬材料。     

复合材料球形气瓶非测地线缠绕线型设计和强度分析

碳纤维复合材料球形气瓶因其较高的比强度、比刚度和抗疲劳性,被广泛应用于航空航天及民用工业领域。基于微分几何理论,推导出满足球形气瓶缠绕基本原理的落纱点轨迹方程,给出缠绕线型轨迹和缠绕角应该满足的稳定缠绕条件,并对缠绕轨迹进行仿真。考虑球壳的变曲率特点,针对球形气瓶缠绕层进行变厚度、变角度的精细化有限元建模,对工作压力下的气瓶内衬和缠绕层各向应力分布进行数值模拟和分析,并预测了气瓶的爆破压强。结果表明,优化设计得到的缠绕线型参数既能满足缠绕工艺的基本要求,又有效提高了球形气瓶的结构力学性能。研究成果对复合材料球形压力容器的设计制造具有重要的意义。     

基于Creo和ADAMS的纤维缠绕机挂纱机构设计与仿真

通过对纤维缠绕机的结构特性和工作原理的概述,发现目前国内纤维缠绕机存在的问题和不足,然后根据实际生产需要在建模软件Creo中对气瓶纤维缠绕机自动挂纱机构进行设计与装配。利用MECH/PRO接口将挂纱机构模型导入ADAMS中,并对其进行了挂纱运动仿真,对几种常见型号的气瓶芯模进行模拟挂纱,获得了机构的运动特性。研究结果表明,所设计的纤维缠绕机自动挂纱机构满足多种尺寸的芯模挂纱设计要求,对解决目前国内纤维缠绕机存在自动化程度不高的问题有一定的指导意义。     

纤维缠绕复合材料弯管线型设计与仿真

根据微分几何建立弯管的圆环面及圆柱面稳定缠绕方程,给出了圆环面的测地线缠绕解及圆柱面的半测地线缠绕解,并提出了用OpenGL及VC 对所设计的线型进行仿真的具体实现办法.     

工程机械轮胎胎面缠绕机缠绕质量与形状控制

介绍工程机械轮胎胎面缠绕机的生产流程及缠绕质量与形状控制.采用气缸控制的测量头实时测量缠绕厚度并计算出胎坯厚度和质量以控制缠绕胎面的总质量;缠绕机主要采用上位机和PLC控制,根据试验和数学模型控制缠绕速度,以满足胎坯对质量和形状的要求.     

人工神经网络结合遗传算法对FWRP张力制度的优化

由于纤维缠绕聚合物基复合材料(FWRP)与结构同时形成,因此缠绕成型工艺过程控制(如纤维缠绕张力)对FWRP制品结构抗力具有重大影响。人工神经网络具有超强非线性映射能力,可在特定条件下将缠绕张力与缠绕结构抗力两者由相关关系转化为确定性关系(函数关系)。本文分别以碳纤维和玻璃纤维缠绕聚合物基复合材料制成NOL环试件。在实验基础上采用人工神经网络结合遗传算法对纤维缠绕张力进行优化,取代传统的"试凑法",优化结果与实验吻合。     

碳纤维等级对迫击炮复合身管多目标优化设计的影响

将高性能碳纤维用作迫击炮身管外部增强层,可大大降低身管质量。在湿法缠绕工艺中,针对缠绕张力对金属内衬的强化效应,基于正交各向异性材料的厚壁圆筒理论和基于小变形假设的弹性叠加理论,提出了适用于多角度分层缠绕的内衬预应力离散叠加算法。针对复合身管中受内压的薄壁内衬碳纤维缠绕圆筒典型结构,以复合身管质量和抗弯刚度为优化目标,提出了基于多岛遗传算法的复合身管多目标优化设计方法。通过不同材料搭配方案的Pareto解集对比表明,M46方案相比T300和T700方案质量更轻、刚度更高,其中Ni_2/M46方案优化效果最好,说明高模量碳纤维更具轻量化优势,并通过有限元仿真和水压试验验证了优化结果的有效性。     

基于OpenGL的干纱缠绕圆柱壳体预成型三维动态模拟

本文述叙了三维图形标准OpenGL模拟系统的基本原理,结合干纱缠绕圆柱壳体预成型技术的研究,论述了开发此计算机软件的具体算法。通过编程,实现了基于OpenGL的干纱缠绕圆柱壳体预成型的三维动态加工模拟。     

不等开口柱形压力容器的渐变角度缠绕规律研究

柱形压力容器缠绕通常要求两端开孔大小相近,在缠绕工艺实施上可以通过平衡缠绕角度的方法实现稳定落纱,当两端开孔相差较大时,常用的螺旋向缠绕将无法实现;针对这一问题,本文提出一种针对不等开口、大长径比的柱形压力容器缠绕线形设计方法,通过筒身段的渐变缠绕角度设计和公式推导,实现了纤维的稳定落纱和筒身螺旋缠绕段的均匀过渡;通过对不等开孔柱形容器样件缠绕工艺实现表明,该设计方法具有良好的实用效果。     

涤纶FDY12头纺改18头纺设备及工艺

在现有涤纶FDY12头纺设备上,通过对纺丝组件、侧吹风、卷绕机等设备改造,和对纺丝及卷绕工艺研究及优化,成功实现了18头纺稳态纺丝,提高了生产效率,增加了经济效益,为企业技术革新提供了新思路。     

JWA1680卷绕头恒定接触压力的调节

基于对JWA1680卷绕头结构的分析,计算得到卷绕过程中接触压力角的变化过程,通过安装比例阀实现对主气缸压强的分段控制。经过修正得到一组合理的分段直径及相应气缸压强值,卷绕接触压力基本保持恒定,丝饼成型良好。     

纤维缠绕圆筒复合材料固化成型过程机理模型（中）

本文介绍了Springer的一个关于圆筒复合材料纤维缠绕过程的模型。该模型将重要的过程变量如：缠绕速率、纤维张力,操作温度与复合材料筒体和心轴的热化学和力学行为关联起来。以模型为基础编制的程序可以用来计算：1）筒体和心轴内的温度分布。2）筒体内的固化度和粘度的分布。3）纤维的张力和纤维的位移分布。4）筒体和心轴内的应力和应变。5）筒体内的应力和应变分布。