全复合材料车用天然气气瓶使用寿命的计算与分析

本文在系统地研究了一些使用因素对某型车用天然气气瓶强度影响的基础上,利用损伤理论进行了全复合材料车用天然气气瓶使用寿命的计算与分析.首先系统地阐述了基于疲劳损伤理论的气瓶寿命的计算方法;再根据车用全复合材料天然气气瓶在使用过程中的一些因素对气瓶强度的影响进行了探讨;最后在某型车用气瓶强度分析的基础上依据损伤理论以及计算方法给出了该型气瓶的使用寿命情况,同时也系统地分析了一些使用因素对气瓶寿命的影响.该计算方法与分析过程可以为车用天然气气瓶的安全使用以及检测提供理论基础和依据.     

复合材料气瓶漏点定位分析研究

某复合材料气瓶在疲劳试验中远低于平均疲劳寿命时即发生漏水,通过对复合材料气瓶整体损伤研究、异常区泄漏判定研究及微观分析,定位了漏水部位并对低疲劳寿命原因进行了分析.结果表明:内衬在制造过程中产生的微小凹坑缺陷是导致复合材料气瓶低疲劳寿命的原因,在疲劳试验中,凹坑缺陷作为疲劳裂纹源,产生应力集中,引发裂纹扩展,最终形成穿透性裂纹,导致复合材料气瓶提前泄漏.     

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。     

CNG长管拖车气瓶失效模式研究

通过宏观检查、全自动超声检测、磁粉检测、渗透检测、水压试验等方法对长管拖车气瓶的几种主要失效模式进行分析,总结出气瓶的几种损伤类型、常见损伤部位、损伤机理等。并给出了气瓶失效防治的建议,对CNG长管拖车气瓶的设计、制造、安装和检验提供了参考依据。     

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。     

天然气气瓶快充过程温升数值模拟研究

通过对天然气气瓶快充过程温升机理的分析,建立了天然气气瓶快充温升数值计算模型.应用模型对天然气气瓶在不同充装参数(包括起始温度、初始压力与充装速率等)下的温升进行了预测.结果表明:气瓶初始压力对快充温升的影响呈线性减小关系;温升近似与初始温度呈线性增长关系;随着气瓶充装速率的提高,气瓶内最大温升逐渐增加,但呈非线性增加...     

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。     

全钢载重子午线轮胎模态的有限元分析

采用ABAQUS软件对12.00R20规格全钢载重子午线轮胎建立三维有限元模型,并对该模型进行模态分析, 得到了在标准充气压力和额定负荷工况下轮胎的固有频率和相应的振型,同时还研究了气压和负荷对轮胎固有频率的影响.结果表明,在允许充气压力范围内,随着充气压力和负荷增大,轮胎的固有频率提高.轮胎模态的有限元分析能够为研究轮胎动态特性以及轮胎与整车匹配提供理论指导.     

含凹坑缺陷的推进剂储存容器安全性评价

利用ANSYS有限元分析软件对含凹坑缺陷推进剂储存容器的安全性进行评价,通过建立球形凹坑缺陷模型,分别研究了不同缺陷直径和缺陷深度下,缺陷部位的等效应力分布规律,并对补强后的凹坑缺陷位置的最大等效应力进行了分析。研究结果表明,凹坑缺陷部位均出现了应力集中现象,且随着缺陷直径和深度的增加,最大等效应力均出现增大趋势;缺陷深度对最大等效应力的影响程度要高于缺陷直径,占主导作用;采取补强措施可以有效降低凹坑附近的应力集中现象。该结论为推进剂储存容器的安全评定提供了理论依据,也为容器的保养和维护维修提供了理论支持。     

复合材料储氢气瓶的纤维厚度预测与强度分析

复合材料储氢气瓶因具有较高的比强度、轻质以及耐腐蚀性好等特点,被大量装备于火箭、卫星、新能源汽车和医疗设备等。本文希望通过对复合材料储氢气瓶的理论研究与数值模拟,提供一套快速准确的储氢气瓶设计方法。首先基于网格理论设计了复合材料缠绕层,接着通过三维激光扫描技术对气瓶轮廓进行测量,验证了三次样条封头厚度预测方法的准确性,最后利用Abaqus软件建立了复合材料气瓶高精度有限元模型,研究了自紧对于提高气瓶性能的重要作用,建立渐进损伤模型得到气瓶的爆破压力。结果表明:三次样条法准确预测了气瓶封头上的纤维厚度分布,经过自紧处理后在工作压力下内胆的Mises应力显著降低,得到了最佳自紧压力取值范围为36.3 MPa～42.5 MPa。渐进损伤结果显示气瓶发生了纤维和基体破坏,最终爆破压强达到了69.5 MPa,满足设计要求。研究成果对复合材料储氢气瓶的设计制造具有重要的意义。     

木粉粒径对木塑复合材料性能的影响

采用不同粒径的木粉填充高密度聚乙烯制备木塑复合材料，研究了木粉粒径对木塑复合材料力学性能和加工流动性的影响。结果表明：木粉粒径对复合材料性能的影响十分明显，较大粒径的木粉有利于复合材料弯曲性能和冲击强度的提高。木粉粒径从100μm增加到850μm，复合材料弯曲强度增加10．4％，弯曲模量增加56．3％，冲击强度增加14．6％。随木粉粒径的增大，拉伸强度呈现先上升后下降的趋势，在200μm时出现最大值。木粉粒径对熔体流动速率（MFR）和密度的影响十分明显，大粒径的木粉使复合材料具有较高的MFR和较低的密度。     

Compression after impact (CAI) strength of concrete cylinders reinforced by non‐adhesive filament wound composites

Concrete cylinders reinforced by filament wound composites were fabricated, and the compressive strength of the composite/concrete cylinders was tested after low‐energy impact. In this study, a glass fiber woven cloth wrapping method and a filament winding technique were adopted to wrap the concrete cylinder. In order to investigate the influence of composite/concrete interfacial bonding on the compression after impact (CAI) strength, aluminum foil was introduced into the composite/concrete interface; thus, the compressive behavior of the composite/concrete system with or without inserting the aluminum foil was compared. The effects of aluminum foil in the curing process were also revealed. Based upon the results of this study, the placement of aluminum foil can significantly enhance the compressive strength of the composite/concrete cylinder. The CAI strength depicts that the winding angle used in the filament winding process can significantly influence the reinforcing effects. Among the tested cylinders, the FWIC (defined in the text) [90₂/±60/90₂] cylinder shows the highest CAI strength—129.4 MPa—which is 4.5 times higher than the impacted concrete cylinder and 4.1 times higher than the pure concrete cylinder. Fracture mode was also investigated on the cylinder reinforced by the composites wound with different winding angles. The placement of aluminum foil reduces shear stress transfer across the composite/concrete interface, which affects not only the impact response but also the compressive strength.     

CNG-2环向缠绕气瓶纤维缠绕残余预应力的优化设计

复合材料气瓶压力容器的纤维缠绕预应力对容器的性能有很大的影响,合理设计纤维预应力可提高复合材料容器的综合性能。借助ANSYS有限元软件,建立了带有纤维缠绕残余预应力的环向缠绕气瓶的有限元参数化模型。在模型中,将纤维缠绕层视为复合材料层合板。按照GB 24160—2009《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》的规定,并结合各工况下应力水平的要求建立数学模型,对环向缠绕气瓶的纤维缠绕残余预应力进行优化,得到纤维缠绕残余预应力的最优值,使内胆在工作压力下有较低的应力水平,提高了气瓶的可靠性。     

玻璃纤维直径对纤维强度及复合材料强度影响的研究

介绍了玻璃纤维直径对纤维强度及复合材料强度影响的实验,研究了玻璃纤维直径与纤维强度的关系及纤维直径对复合材料强度的影响。结果表明,纤维直径越细,纤维的强度越高,但是对于复合材料来说,纤维直径越细相应的复合材料强度反而会略有下降。     

Influence of Loading Rate and Processing Atmosphere on Pullout of SiC Fibers from Pyrex Glass

The interfacial shear strength of SiC/glass composites fabricated either under vacuum or in argon gas by hot-pressing was estimated using a single-fiber pullout test as a function of the loading rate. The interfacial shear strength of the composite fabricated under vacuum depended insignificantly on the loading rate. On the contrary, for the composite fabricated in argon gas, loading rates strongly influenced the interfacial shear strength as well as the interfacial debonding behavior. The influence of loading rates on the interfacial shear strength in the latter composite could result from the presence of the Si-O bond, whose strength is affected by slow crack growth along the fiber-matrix interface. These results indicate that the fracture behavior of fiber-reinforced ceramics whose interfacial shear strength depends on the loading rate can differ widely under dynamic and static loading.     

碳纤维布增强聚苯硫醚复合材料的性能研究

研究碳纤维布的含量、表面处理方法及填料等对聚苯硫醚复合材料性能的影响。结果表明，随着碳纤维布含量的增加，复合材料的拉伸强度、冲击强度提高；碳纤维布经过表面处理后与聚苯硫醚的粘接强度大大提高，其中用丙酮浸泡的效果好于高温热处理；填料硅灰石经偶联处理后加入复合材料中，可提高材料的力学性能和耐热性。     

纳米SiO2反相泡沫法固化天然气技术研究

天然气水合物（NGH）是天然气与水在低温高压条件下形成的笼形物,亦称可燃冰。本文根据天然气水合物的生成机制,在实验室模拟天然气水合物的生成环境。实验主要通过将95％的水与5％的纳米SiO：制成泡沫,并在1．3℃条件下,将纯度为99．9999％的天然气充人到装有泡沫的密闭反应釜中,观察反应釜中压力的变化情况,并探究不同的充气压力对储气密度的影响。     

层合板在固化全过程中瞬态温度场及固化度的有限元分析

本文根据固化动力学理论和热传导理论，采用有限元与有限差分相结合的方法，对复合材料层合板在固化工艺过程中板内温度和固化度的分布及其变化规律进行数值模拟；在分析过程中考虑了温度和固化度的耦合作用，并采用Ｅｕｌｅｒ－Ｃａｕｃｈ逐步迭代的方法进行解耦求解；通过算例，分析和讨论了层合板的温度边界条件，板厚度以及升温速率对层合板内温度和固化度分布的影响。     

泄漏速度对激光检测天然气管道泄漏影响分析

天然气管道泄漏产生的危害极大,激光技术是检测管道泄漏的重要手段,但泄漏扩散过程对其检测存在一定的影响。建立了架空天然气管道泄漏扩散模型,数值分析了不同泄漏速度下管道泄漏天然气扩散过程,然后探讨了不同探测高度下其对激光检测的影响。研究结果表明:在同一泄漏速度下,随着探测高度的增加,激光检测信号强度越来越弱;在同一探测高度下,中速泄漏时激光检测信号强度稍强于高度泄漏,明显弱于低速泄漏。