纤维缠绕复合材料气瓶内衬的屈曲分析
第２３卷一第２期２０１５年４月一
材一料一科一学一与一工一艺
ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
一
Ｖｏｌ ２３
Ｎｏ ２
Ａｐｒ．２０１５
一一一一一一
ｄｏｉ：１０．１１９５１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０２９９．２０１５０２１５
纤维缠绕复合材料气瓶内衬的屈曲分析
付一敏１，林一松２，陈一亮２，周文龙１
（１．大连理工大学材料科学与工程学院，大连１１６０２３；２．航天材料及工艺研究所，北京１０００７６）
摘一要：为深入了解纤维缠绕复合材料气瓶的内衬屈曲情况，基于ＡＮＳＹＳ有限元软件，运用数值模拟方法对纤维缠绕复合材料气瓶的金属内衬结构进行屈曲分析，建立了复合气瓶内衬结构的有限元模型，采用特征值法分析得出内衬１ １０阶的屈曲模态，并利用非线性稳定法绘出内衬位移量随外压变化曲线．结果表明，计算得到的内衬临界失稳外压为０．１９９ＭＰａ，与复合气瓶内衬外压试验结果相符合，证实了本文对于复合气瓶内衬屈曲分析的可靠性．关键词：ＡＮＳＹＳ；纤维缠绕复合材料气瓶；有限元法；屈曲分析；外压试验中图分类号：Ｖ２６０．５
文献标志码：Ａ
文章编号：１００５－０２９９（２０１５）０２－００８６－０５
Ｌｉｎｅｒｂｕｃｋｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｏｖｅｒｗｒａｐｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌ
ＦＵＭｉｎ１，ＬＩＮＳｏｎｇ２，ＣＨＥＮＬｉａｎｇ２，ＺＨＯＵＷｅｎｌｏｎｇ１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２３，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｅｒｏｓｐａｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ＆ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｓｔｒｅｓｓｏｆｆｉｌａｍｅｎｔｗｏｕｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｓｉｄｅｌｉｎｉｎｇ，ｔｈｅｌｉｎｅｒｂｕｃｋｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｏｖｅｒｗｒａｐｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌ（ＣＯＰＶ）ｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇａｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｗｉｔｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂｙＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｍｏｄｅｓｆｒｏｍｏｎｅｔｏｔｅｎｏｒｄｅｒｓｏｆｔｈｅｌｉｎｅｒｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｉｇｅｎｖａｌｕｅｍｅｔｈｏｄ．Ａｓｓｈｏｗｎｉｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓ?ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｌｉｎｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｃｒｉｔｉｃａｌｂｕｃｋｌｉｎｇｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ０．１９９ＭＰａａｇｒｅｅｓｗｉｔｈＣＯＰＶｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｃｏｎｆｉｒｍｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｌｉｎｅｒｂｕｃｋｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆＣＯＰＶ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＮＳＹＳ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｏｖｅｒｗｒａｐｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌｓ（ＣＯＰＶ）；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ）；
ｂｕｃｋｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｔｅｓｔ
收稿日期：２０１４－０６－１９．
作者简介：付一敏（１９８８ ），女，硕士研究生．
周文龙（１９６５ ），男，教授，博士生导师．
通信作者：周文龙，Ｅ?ｍａｉｌ：ｗｌｚｈｏｕ＠１２６．ｃｏｍ．
一一复合气瓶通常由金属内衬和复合材料增强层共同组成［１］．此类气瓶继承了复合材料比强度和比刚度高二抗疲劳性能好等诸多优点［２］，可明显提高压力容器的可靠性二安全性二承载能力二使用寿命，并能大大减小压力容器的质量［３－４］．
由于复合气瓶内衬厚度较小，在一定压应力
状态下会发生屈曲，因此确定临界失稳外压是复合气瓶结构设计中十分重要的任务．王荣国等［５］采用简化模型，分析了超薄内衬复合材料压力容器在卸载过程中由内衬压应力导致的内衬屈曲现
象，并验证其模型分析的可靠性．左惟炜等［６］对三维编织复合材料圆柱壳进行屈曲分析，计算了高压储气瓶的临界失稳载荷．Ｃａｉ等［７－８］结合有限元法和水压屈曲试验研究，结果表明，复合材料的纵向弹性模量和缠绕层厚度在很大程度上影响复合气瓶的失稳行为．Ｍｏｏｎ等［９］对中等壁厚的复合材料气瓶在外部静水压力下的屈曲和破坏特性进行了研究，并成功预测了屈曲外压．
复合气瓶的制备通常采用纤维缠绕法［１０］，缠
绕张力影响复合材料层的纤维含量和气瓶的失效强度［１１－１４］．研究表明，一定大小的缠绕张力才能使复合材料层发挥作用［１５］，缠绕张力越大，越有利于提高复合气瓶的疲劳寿命，减小气瓶质量［１６－１７］．然而，在制备过程中若缠绕张力过大，会
最新碳纤维湿法缠绕环氧制备复合材料
书山有路勤为径；学海无涯苦作舟 最新碳纤维湿法缠绕环氧制备复合材料 由于具有高强度、高模量、低密度等优点，碳纤维成为当前最重 要的高性能纤维。碳纤维复合材料已广泛应用在航空航天、海洋、汽车、 体育器材等领域。在西方发达国家，当前最佳的固体火箭发动机壳体几乎 全部采用碳纤维复合材料；2006年2月正式下水的美国“短剑” (M80Stiletto)高速隐形快艇，由于使用了全碳纤维复合材料船身，比传 统的钢铁外壳更结实，更轻巧。“短剑”全重不超过500t，速度可达 50km/h。最近西安航天复合材料研究所，以TDE-85树脂和AFG-90树脂为 主体树脂，混合芳香胺为固化剂，研究了一种适合于碳纤维复合材料湿法 缠绕成型的树脂配方。据专家介绍，该树脂的黏度低、适用期长，其浇铸 体具有优异的力学性能，用其制备的T-700碳纤维缠绕复合材料界面粘接 好，NOL环层间剪切强度达到66.8MPa，拉伸强度达到2.44GPa。据悉试验所用主要原材料有：TDE-85环氧树脂、环氧值0.85；AFG-90环氧树脂、 环氧值0.85～0.90，6360、660环氧活性稀释剂，均由蓝星新材料无锡树 脂厂提供；DDM(二氨基二苯甲烷)，化学纯，上海三爱思试剂有限公司； E-300(硫代甲基甲苯二胺)，美国乙基公司；T-700碳纤维，日本东丽公司。 专家介绍了浇铸体的制备：将环氧树脂、稀释剂、固化剂按照TDE- 85：AFG-90：6360：660：固化剂=100：40：15：7.5：62的配比混合均匀，浇铸到标准模具中，在烘箱中按照90℃/2h+130℃/3h+160℃/3h的条件固 化，升温速率是1℃/s。随后是复合材料的制备其中单向板制备：树脂胶 液配好，在模具上缠绕300mm乘以300mm乘以2mm单向平板，然后固化(固化条件与相应树脂浇铸体同)，切割至规定的尺寸、NOL环制备：将配 好的胶液倒人浸胶槽，恒定张力2.5N，在DSC-1型缠绕机进行NOL环缠绕 专注下一代成长，为了孩子
碳纤维培训
1．定义 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。 1971年，TORAY成了世界上第一人制造商，从事PAN基碳纤维的人型工业化生产，并将其产品命名为“TORAYCA”，是TORAY碳纤维的缩写。目前，TORAY是全球生产和营销碳纤维的领导者。 对于碳纤维的生产工艺，当生产PAN基碳纤维的时候，被称为“母体”的聚丙烯腈纤维首先要通过聚合和纺纱工艺加工聚丙烯腈而成。然后，将这些母体放入氧化炉中在200到300摄氏度进行氧化。另外，还要在碳化炉中，在温度为1000到2000摄氏度间进行碳化制成碳纤维。除了常规类型的细碳纤维之外，PAN基碳纤维还包括粗纤维，被称为“人丝束类型碳纤维”，这种粗纤维的生产成本比较低。 2．碳纤维的产品形式及制造工艺 碳纤维有四种产品形式：纤维，布料，预浸料坯，和切短纤维。布料指的是由碳纤维制成的织品。预浸料坯是一种产品，是将碳纤维按照一个方向一致排列，并将碳纤维或布料刚树脂浸泡使其转化成片状。切短纤维指的是短丝。 按照不同的配比，这些产品和树脂一起应用将形成碳纤维强化塑料(CFRP)。 将树脂附在纤维上可以制成压力容器和轧滚，将它们缠绕在一个芯儿上，然后进行塑化或硬化处理。这种方法被称为“缠绕成型法”。 将布料放入一个模型中，然后刚树脂浸泡，可以川米生产卡=乍和划艇的车身部分。这就是所说的“树脂转注成型法(RTM)”。 飞机元件的制造是通过在高压釜中给预浸料坯加热，加压和塑化成型而成的。将预浸料坯缠绕在一个芯儿上，然后将其加热和塑化，这就是所说的“薄片缠绕法”，用这种方法可以用来制成高尔夫球棒利钓鱼杆。短丝与树脂混合可以形成混合物，经过加工后可以生产山机器元件和其它产品。 过去，预浸坯料是应用最广泛的碳纤维形式，通过在反应釜内利用薄片缠绕法预制而成。然而，近来，随着新的工业应用的开发，纤维缠绕成型法，混合物和其他的预制方法得到了
【CN209893104U】一种塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920254462.4 (22)申请日 2019.02.28 (73)专利权人 上海华敬氢能科技有限公司 地址 201800 上海市嘉定区翔江公路3333 号6幢J2018室上海华敬 (72)发明人 王秋霞 魏蔚 雷磊 奚天洋 刘志伟 陈甲楠 何春辉 (74)专利代理机构 南京苏科专利代理有限责任 公司 32102 代理人 陈虹霞 黄春松 (51)Int.Cl. F17C 1/06(2006.01) F17C 13/00(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶 (57)摘要 本实用新型公开了一种塑料内胆碳纤维全 缠绕储氢气瓶，包括：金属瓶口、塑料内胆和金属 盖板，在金属盖板上开设有上下贯通的螺纹通 孔，在金属盖板边缘设置有向下弯折的竖向折 边；金属瓶口与塑料内胆一体吹塑成型，在塑料 内胆顶部设置有向内凹进的环状容纳槽，在金属 瓶口的内侧壁上设置有能与瓶口阀匹配连接的 内螺纹，在金属瓶口的外侧壁上设置有与螺纹通 孔匹配连接的外螺纹，金属盖板密封旋紧于金属 瓶口上时，竖向折边卡嵌于环状容纳槽中；在金 属盖板和塑料内胆上由内向外依次包裹设置有 碳纤维层、玻璃纤维保护层。该储氢气瓶安装方 便、 密封性能好。权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 209893104 U 2020.01.03 C N 209893104 U
权 利 要 求 书1/1页CN 209893104 U 1.一种塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶，包括：金属瓶口和塑料内胆，其特征在于：还包括金属盖板，在金属盖板上开设有上下贯通的螺纹通孔，在金属盖板边缘设置有向下弯折的竖向折边；金属瓶口与塑料内胆一体吹塑成型，在塑料内胆顶部设置有向内凹进的环状容纳槽，在金属瓶口的内侧壁上设置有能与瓶口阀匹配连接的内螺纹，在金属瓶口的外侧壁上设置有与螺纹通孔匹配连接的外螺纹，金属盖板密封旋紧于金属瓶口上时，竖向折边卡嵌于环状容纳槽中；在金属盖板和塑料内胆上由内向外依次包裹设置有碳纤维层、玻璃纤维保护层。 2.根据权利要求1所述的一种塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶，其特征在于：在金属盖板顶部设置有向内凹进的安装孔。 3.根据权利要求1所述的一种塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶，其特征在于：金属瓶口底部向四周弯折延伸形成金属连接段，金属连接段的连接面为由波浪形曲线绕金属瓶口轴心线旋转一圈形成的旋转曲面，塑料内胆与金属连接段的连接面一体吹塑成型。 4.根据权利要求1、2或3所述的一种塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶，其特征在于：在金属盖板与金属瓶口之间设置有第一密封圈。 5.根据权利要求4所述的一种塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶，其特征在于：在竖向折边内侧与环状容纳槽之间设置有第二密封圈。 6.根据权利要求5所述的一种塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶，其特征在于：第一密封圈和第二密封圈均为O型密封圈。 2
碳纤维及其复合材料的发展及应用_上官倩芡
第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
碳纤维增强复合材料概述
碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、
铝胆全缠绕碳纤维储氢气瓶开发可行性分析
铝内胆全缠绕碳纤维储氢气瓶开发可行性分析 氢能作为二次能源以其资源丰富、燃烧值高、经济性好、可再生等优点被认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源。铝内胆纤维全缠绕高压氢气瓶（以下简称铝胆缠绕氢气瓶）具有承压能力高、质量轻、耐腐蚀性强等优良性能，在氢能利用系统中具有广阔的应用前景。目前，氢能在轿车、客车、摩托车和商业船等交通工具上的应用已经成为焦点，对解决国际上所面临的“能源短缺”和“环境污染”这两大难题有重要意义。采用铝内胆全缠绕气瓶已成为学术界和工业界在高压储氢气瓶领域的主要研究方向。 一、铝胆全缠绕氢气瓶的市场可行性分析 自2009年以来，我国持续成为全球最大汽车产销国。为缓解汽车保有量持续攀升带来的能源及环境压力，我国政府出台相关政策大力发展清洁能源汽车。早在“十五”期间我国就开始了储氢气瓶的研究，而国家“十一五”863计划“技能与新能源汽车”重大项目研究方向又提出了“车载高压供氢系统研究开发”，这其中就规定了高压储氢气瓶的研究方向，即“铝内胆碳纤维全缠绕结构，工作压力35MPa”奠定了高压储氢气瓶的研究基础。 在全力支持发展新能源此车的同时，政府对清洁能源汽车发展还提出了明确的目标——到2020年，清洁能源汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆。作为国家重点发展的氢能汽车必将获得更快更好的发展，氢能汽车的发展势必带动车用高压储氢气瓶的快速发展。储氢气瓶的发展已有50多年的历史，表明这一产品一直备受关注，从钢瓶到复合气瓶的研制成功，实现了向产品结构合理、质量轻的巨大转变，储氢气瓶生产技术日益成熟。目前，国内众多气瓶生产厂家已着手开发或已经成功开发铝胆全缠绕氢气瓶，力图加快清洁能源产品开发，抢占市场竞争制高点。因此，研究开发车用铝胆缠绕储氢气瓶是非常必要的且具有良好的市场前景。 二、铝胆全缠绕氢气瓶的工艺技术可行性 ++++气瓶简介 铝胆全缠绕氢气瓶由内胆+碳纤维缠绕层组成。其主要生产工艺如下：
《碳纤维复合材料》阅读练习及答案
阅读文章，回答问题。 碳纤维复合材料 ①2018年11月6日，两年一度的珠海航展上，中俄合作研制的280座远程宽体客机CR929，以1：1的展示样机首次亮相国际航展。在这款最新一代的大型飞机上，复合材料的使用比例有望．．超过50%。同样，在去年5月5日首飞的C919大客机上，使用的复合材料占到飞机结构重量的12%。这里的复合材料，主要就是碳纤维复合材料。 ②碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必 不可少的战略基础材料。它不存在腐蚀生锈的问题。由于使用碳纤维材料可以大幅降低结构重量，因而可显著提高燃料效率。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的卫星、火箭等宇宙飞行器，噪音小，质 量小，动力消耗少，可节约大量燃料。 ③碳纤维还是让大型民用飞机、汽车、高速列车等现代交通工具 实现“轻量化”的完美材料。航空应用中对碳纤维的需求正在不断增多，新一代大型民用客机空客A380和波音787使用了约为50%的碳纤维复合材料。这使飞机机体的结构重量减轻了20%，比同类飞机可节省20%的燃油，从而大幅降低了运行成本、减少二氧化碳排放。碳 纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大。它的重量仅相当 于钢材的20%到30%，硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的社会效益。 ④随着航空航天、汽车轻量化、风电、轨道交通等行业领域对碳
纤维的需求爆发，碳纤维工业应用开始进入规模化生产。业内预测， 预计到2020年，全球碳纤维需求量将超过16万吨，到2025年，将超过33万吨。面对如此巨大而重要的市场，国内企业既要通过掌握 关键技术来实现碳纤维的稳定批量生产和大规模工程化应用，同时也要瞄准国产新一代碳纤维及其复合材料及早研发和布局，2016年2月15日，中国突破日本管制封锁研制出高性能碳纤维。2018年2月，中国完全自主研发出第一条百吨级T1000碳纤维生产线，这标志着我国已经牢牢站稳全球高端碳纤维市场的一席之地。 101．阅读选文第①段和第③段，回答问题。 （1）选文第①段加点词“有望”能删去？请说出理由。 （2）选文第③段画线句运用了哪些说明方法？有何作用？ 102．随着科学技术的发展，请你设想一下生活中将会有哪些碳纤维 复合材料的产品。 【答案】 101．（1）不能删去，“有望”是有希望的意思，说明“在这款最新 一代的大型飞机上，复合材料的使用比例”未来有希望超过“50%”，该词体现了说明文语言的准确性和科学性。 （2）列数字、作比较，具体准确地说明了碳纤维作为汽车材料，最 大的优点是质量轻、强度大。 102．碳纤维复合材料制成的羽毛球拍、登山器械等体育休闲用品； 汽车、地铁等交通工具；以及碳纤维复合材料制成的衣服、家具等日
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料。 碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。 复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。 碳纤维增强尼龙的特色 碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色，与玻璃纤维比较，模量高3?5倍，因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长（接连）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中，大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为，长（接连）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特色。因而，长碳纤维复合资料在加工上完善成型技术、短碳纤维复合资料进一步进步力学功能是碳纤维复合资料开展的方向。 依据碳纤维长度、外表处理方式及用量的不一样，还能够制备归纳功能优秀、导电功能各异的导电资料，如抗静电资料、电磁屏蔽资料、面状发热体资料、电极资料等。碳纤维增
全复合材料CNG气瓶爆瓶原因初探
全复合材料CNG气瓶爆瓶原因初探 2007-02-01 13:08 全复合材料CNG气瓶爆瓶原因初探 信息来源：国家燃气汽车网发布日期：2006-09-20 [摘要]本文针对国内几次全复合材料CNG气瓶爆瓶事故的原因进行初步分析，并对在用的此类气瓶的安全管理提出了防范措施和改进建议。 [关键词] 全复合材料气瓶爆瓶原因防范措施 进入本世纪以来，我国“西气东输”工程的竣工和国际原油价格和持续上涨，促成了全国已建有500多座CNG加气站，并已有14万余辆CNG汽车，行驶在除西藏、福建、广东、广西、江西等5个省区以外的20多个省、市、自治区的大地上。CNG加气站的站用设备、CNG车用装置和CNG气瓶等产品制造已发展成为我国新的制造产业。其中，高强度轻质全复合材料气瓶的两个生产厂家经过数年的努力，均于2003年取得了国家质检总局颁发的生产许可证，市场前景十分广阔。但是，近2年内相缕发生的4次该类气瓶的爆瓶事故，震惊了全行业。这两家高强度轻质全复合材料气瓶生产厂的产品倾刻之间从供不应求到无人问津，两个制造厂家不仅蒙受了沉重的损失和打击，也给整个CNG汽车产业带来甚为严重的负面影响。种种原因之下，部分有关人士一度采取避而不谈，以求缩小负面影响的回避态度。还有一些人士则对此类高强度轻质复合材料气瓶持简单的全盘否定的态度。笔者认为，正确的作法应当是面对现实，认真分析、查找事故原因，全面总结经难教训，进而提出防范和改进措施。 一、四次全复合材料CNG气瓶爆瓶事故的基本情况 1、2004年2月13日，在郑州市某CNG加气站加气的出租车上发生了国内首起全复合材料CNG气瓶的爆瓶事故。此次事故造成1死4伤，除装有爆炸气瓶的本出租车炸毁外，还造成了正在加气的一辆大客车和另外3辆出租车严重损坏、售气机也被炸坏，该加气站被迫停产。发生爆炸的CNG气瓶，属四川格瑞公司生产的碳纤维缠绕塑料内胆CNG 气瓶。系首次充气完毕即发生爆炸。 2、2004年7月10日，在成都某加气站加气完毕的某CNG出租车发生气瓶爆炸事故，这次事故也造成1死1伤、出租车被炸和四分五裂的严重后果。经查实，发生爆炸的CNG气瓶系西安向阳公司2000年9月9日出厂的玻纤缠绕塑料内胆气瓶。 3、2005年10月9日，在四川富顺县某CNG加气站刚加气完毕，正开始发动的一辆出租车，也是发生CNG气瓶爆瓶事故，造成车辆严重损坏，一人受伤的后果。该爆炸气瓶又是四川格瑞公司2002年11月出厂的玻纤缠绕塑料内胆气瓶。 4、2005年10月20日，在四川达州市某加气站发生出租车加气完毕后的爆瓶事故，造成1人受伤车辆严重损坏的后果。气瓶是西安向阳公司生产的玻纤缠绕塑料内胆气瓶。
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用
碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春潘鼎高健陈尚开 （上海市复合材料学会）（东华大学）（连云港鹰游纺机集团公司） 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域，在航空航天领域的光辉业绩，尤为世人所瞩目。 可以明显看出，在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加，2006年比2001年增长约40%，2008年增长约76%，2010年和2001年相比增长超过100%。 本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在航空航天领域应用的新进展。 1 航空领域应用的新进展 T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的 为拉伸强度达到5.5GPa，断裂应变高出T300 碳纤维的30％的高强度中模量碳纤维T800H 纤维。 （1）军品 碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材。 美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料：F-22的结构重量系数为27.8%，先进复合材料的用量已达到25%以上，军用直升机用量达到50%以上。八十年代初美国生产的单人
车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶 - 编制说明
团体标准 车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶 定期检验与评定 （征求意见稿） 编制说明 《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶定期检验与评定》 起草小组 二O一九年十二月
一、任务来源 根据“车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶定期检验与评定团体标准立项公告”（粤特协[2019]17号），《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶定期检验与评定》列入广东省特种设备行业协会团体标准制定计划，由广东省特种设备检测研究院、中国特种设备检测研究院、北京天海工业有限公司、佛山环境与能源研究院、南通中集能源装备有限公司、华南理工大学等单位共同制定该标准。 二、编制背景、目的和意义 能源作为新世纪发展的动力，是制约世界经济发展的重要因素。然而地球上的化石能源是有限的，在现阶段能源紧缺、环境保护形势严峻的全球背景下，氢能作为一种十分重要的可持续、清洁型能源而越来越被重视和推广，是调整能源消费结构，带动相关传统产业向新兴产业转型升级的重要组成部分。十九大报告要求加快生态文明体制改革，建设美丽中国，并首次把“必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念”写入报告。“绿水青山就是金山银山”，重心在和谐，核心在绿色发展、循环发展和低碳发展，通过现代化的绿色产业体系实现国民经济的绿色化。氢能的开发使用不仅仅是一种绿色发展理念，更是涉及生产方式、生活方式、思维方式和价值观念的一场绿色革命，功在当代、利在千秋。 氢能运用中最重要的一个环节是氢的储运，我国早在“十五”期间就已经开始展开对储氢气瓶的研究，而在国家“十一五”863计划“节能与新能源汽车”重大研究方向中又提出了“车载高压供氢系统研究开发”的课题，其中规定了高压储氢容器的研究方向，即“铝内
碳纤维及其复合材料的发展和应用(精)
·开发与创新· Development and Applications of Carbon Fiber and Its Composites GAO Bo ,XU Zi-Li (Wuhan Textile University ,Wuhan Hubei 430073,China Abstract:This paper introduces performance and features of carbon fiber,briefly overviews the history,including both foreign and domestic.And analyses the properties and applications of carbon fiber composite material,emphasizes the related performance that carbon fiber adds to the metal matrix composites and points out its research prospects.Key words:carbon fiber ;composite ;metal matrix 0引言 碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维,是由有机母体纤维(聚丙烯睛、粘胶丝或沥青等采用高温分解法在1000~3000℃高温的惰性气体下碳化制成的。它是一种力学性能优异的新材料,比重不到钢的1/4,能像铜那样导电,比不锈钢还耐腐蚀,而其复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa 以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa ,也高于钢。碳纤维按其原料可分为三类:聚丙烯腈基(PAN 碳纤维、石油沥青基碳纤维和人造丝碳纤维三类。其中聚丙烯腈基碳纤维用途最广,需求也最大[1]。 1碳纤维的发展史 1.1国外碳纤维的发展历史 20世纪50年代美国开始研究粘胶基碳纤维,1959 年生产出了粘胶基纤维Thormel-25,这是最早的碳纤维产品。同一年,日本发明了用聚丙烯腈基(PAN 原丝
碳纤维复合材料
碳纤维复合材料 编辑本段概况 在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。 编辑本段结构 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。 编辑本段用途 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。
气瓶的检查方法
空气呼吸器复合气瓶 1.前言： 1.1正压式呼吸器是通过气瓶装置对处于有毒有害气体环境中的工作人员(包括消防、抢险救援人员)使用的有效呼吸装置，其中碳纤维气瓶是提供空气的重要附属设备，其质量及安全状况直接影响工作人员的生命安全。 1.2碳纤维复合材料气瓶是近几年发展起来的一种新材料气瓶。其特点在于它与钢质气瓶相比具有重量轻、使用时间长、耐腐蚀、安全性好和使用寿命长等优点。将它用于自给正压式空气呼吸器，可大大减轻装具的自重。根据《特种设备安全监察条例》以及《气瓶安全监察规程》的规定，碳纤维气瓶是特种气瓶的一种，属于特种设备，因此对其设计、制造、使用以及检验等环节必须有严格的要求，单由于该类气瓶的使用在我国起步较晚，目前我国还没有制定该类气瓶、设计、制造以及定期检验和评定相关标准。我们通过碳纤维缠绕气瓶的类型、材料、结构、制造工艺和应力分布，对碳纤维气瓶定期检验项目和校验技术进行了分析探讨。 2.气瓶的类型和结构 2.1气瓶的类型 缠绕气瓶按照按内胆材料可分为金属内胆缠绕气瓶和塑料内胆缠绕气瓶。 2.2结构特点： 目前，国内外生产的铅内胆碳纤维缠绕气瓶大都是采用美国交通部《铅内胆碳纤维全缠绕复合气瓶》（DOT CFFC 2000）设计和制造的，其机构主要是由铅内胆、碳纤维、玻璃纤维、保护层以及气瓶阀组成，其机构见图1. 无缝铝内胆主要用于保证储存气体的气密性，是纤维缠绕的骨架，铝内胆外观见图2。碳纤维缠绕层主要用于承担气瓶的内压，最外层玻璃纤维层主要起防刮磨保护有并具有承担有限负荷的作用（一般小于15%应力）碳纤维气瓶外观见图。
3. 在用碳纤维气瓶缺陷分析： 虽然碳纤维气瓶具有良好的抗磨损、抗冲击等特性，但如果使用或运输不当，也容易产生缺陷，现就碳纤维气瓶在使用过程中容易产生的缺陷分析如下： 3.1 划伤划伤也叫割伤，是由于气瓶与尖锐物体发生摩擦、碰撞形成的痕迹，此种缺陷对气瓶造成壁厚减小，应力分布状态发生变化，如图5 和图6。 3.2 结构损伤结构损伤有可能是气瓶遭受到强大的外力或高温作用，局部发生较大变化引起气瓶原形发生变化，如气瓶弓起，局部凸起，气瓶内胆变形等，如图7。 3.3 分层分层是指缠绕气瓶的绕线层与层之间或外表层与内层之间的分离现象，它表现为霜状的补丁状态。 3.4 腐蚀由于某些腐蚀性介质的侵蚀，造成气瓶壁厚减小，腐蚀区域通常表现为表面粗糙或褪色。通常分为有一般性腐蚀、点蚀和线性腐蚀。 一般性腐蚀表现为在相对较大的区域内，壁厚损失比较均匀。 点蚀表现为腐蚀点小而集中或大而分散，点蚀是铝腐蚀的最常见的型式。线性腐蚀表现为一连串彼此靠近的腐蚀麻点形成的“一条直线”。 3.5 热损伤指在救火或其他高温等原因造成气瓶外表面产生玻纤或碳纤受到损伤，外表因火烧变黑，更严重者伤及到较深的玻璃纤维和碳纤维如图8和图9.
碳纤维复合材料
碳纤维的研究现状与发展 摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。 关键词：碳纤维复合材料性能与应用 正文 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能 碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大 4-5倍，弹性回复l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质（比重是铁的1/4～1/5），拉伸模量比钢高10倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。 二、生产工艺 通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法。 2.1干喷湿纺法 干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条，纺出的纤维体密度较高，
车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶(标准状态：现行)
I C S23.020.30 J74 中华人民共和国国家标准 G B/T35544 2017 车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶 F u l l y-w r a p p e d c a r b o n f i b e r r e i n f o r c e d c y l i n d e r sw i t ha na l u m i n u ml i n e r f o r t h e o n-b o a r d s t o r a g e o f c o m p r e s s e dh y d r o g e na s a f u e l f o r l a n d v e h i c l e s 2017-12-29发布2018-07-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
目 次 前言Ⅲ 1 范围1 2 规范性引用文件1 3 术语和定义及符号2 4 型式二 参数二分类和型号3 5 技术要求5 6 试验方法和合格指标8 7 检验规则21 8 标记二包装二运输和储存25 9 产品合格证和批量检验质量证明书25 附录A (资料性附录) 铝内胆最大允许缺陷尺寸确定方法27 附录B (规范性附录) 温度驱动安全泄压装置和阀门型式试验方法与合格指标28 参考文献39
前言 本标准按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 请注意本文件的某些内容可能涉及专利三本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任三 本标准由全国气瓶标准化技术委员会(S A C/T C31)提出并归口三 本标准起草单位:浙江大学二大连市锅炉压力容器检验研究院二中国特种设备检测研究院二沈阳斯林达安科新技术有限公司二北京天海工业有限公司二北京科泰克科技有限责任公司二中材科技(成都)有限公司二中国标准化研究院二北京海德利森科技有限公司二上海市特种设备监督检验技术研究院二张家港富瑞氢能装备有限公司三 本标准主要起草人:郑津洋二胡军二黄强华二黄改二姜将二孙冬生二张保国二杨明高二王赓二花争立二韩冰二刘岩二韩武林二孙黎二葛安泉三
全缠绕复合气瓶Ansys参数化结构分析
复合材料气瓶逐渐取代钢制气瓶并得到广泛应用。介绍全缠绕复合气瓶的ANSYS参数化设计过程，并使用ANSYS提供的APDL参数设计语言编制复合气瓶及其内衬铝胆的建模和分析程序，借助子VC++开发出友好的可视化用户界面，通过在设计的对话框中修改复合气瓶相应的设计参数而实现系列产品的设计与分析，从而形成复合气瓶专用的有限元分析软件。 复合气瓶通常由金属内衬外缠绕复合材料增强层复合而成，根据复合材料增强结构分为筒身段环向缠绕增强和全缠绕复合材料增强两类。由于复合材料具有比其它工程材料更高的比强度和比刚度，因此复合气瓶可明显提高压力容器的可靠性、安全性、承载能力、使用寿命，减小高压容器的质量。目前复合气瓶已广泛用作航空、航天压力容器、压缩天然气(CNG)汽车气瓶、呼吸气瓶等。 为使复合气瓶的设计和制造能满足实际使用中对强度和寿命的要求，同时解决因复合材料和金属内衬材料在强度性能上差别大，复合材料高强性能否充分发挥的问题，必须对复合气瓶进行弹塑性分析。由于复合材料全缠绕气瓶结构的复杂性，单纯依据理论解析方法很难实现，而采用有限元结构分析方法是目前较可行的解决途径。嵇醒，佟丽莉等已采用该软件对复合气瓶进行结构分析。 然而ANSYS有限元软件大型化和通用化的特点，使其变得庞大而繁杂，一般工程人员要掌握该软件并应用到复合气瓶的设计中存在较大难度，因此根据复合气瓶结构分析的特点，设计出基于ANSYS使工程人员能够容易掌握和操作的复合气瓶专用的二次开发程序，具有一定工程应用价值。 笔者采用VC ++高级语言与ANSYS软件APDL二次开发语言相结合，借助VC++开发出友好的可视化用户界面，使非专业用户轻松对气瓶的结构、材料、载荷等参数进行修改，并直接生成用于ANSYS结构分析的APDL程序;借助VC++对ANSYS进行封装，应用ANSYS软件功能强大的结构分析功能对所要求的复合气瓶进行结构分析并生成有用的文本、图片及动画文件，用于分析结果使用，最后在用户界面内查看和分析有用的结果。本复合气瓶专用设计分析程序，可通过简单的修改复合气瓶的某些参数实现多种设计方案的分析与比较，从而优化设计，或对系列产品进行结构设计与分析。 1设计思路 1.1基于ANSYS的有限元参数化基本思路与步骤 根据具体工程结构的设计特点与分析要求，用参数描述其特征尺寸及其它相关数据，并在建立有限元模型与分析时，以参数表征其过程，从而实现可变结构参数的有限元分析这是一种采用语言描述法进行结构的参数化设计，而后进行有限元分析的方法。实施时具体步骤如下:①根据模型的几何结构、特征形状抽象出描述模型的特征参数，并对模型适当简化。②建立包含实体建模、分析过程、结果处理过程的用ANSYS的命令流文件。③用APDL语言将抽象出的特征参数代替建模中的参数，构成可变参数的有限元分析。④根据设计分析要求，将参数赋于不同的特征值，并进行有限元计算分析，获取结果。前3步工作完成后，在进行结构分析时只需重复第4步就可不断获得新的有限元分析结果。甚至对于不了解有限元的具体分析过程与建模方法的人员使用起来也很方便自如。 1.2 APDL命令流文件的内容
碳纤维及复合材料的种类、制备和应用
碳纤维及复合材料的种类、制备及应用 杨晨材研0906 （北京化工大学材料学院，100029） 摘要：本文主要陈述总结了复合材料及其碳纤维的种类、制备及应用方面的相关知识。 关键词：碳纤维；复合材料；种类；制备；应用 1.复合材料 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。具有比强度高，比模量高，剪切强度和剪切模量高，高温性能高，耐热性高等特性广泛应用于各个领域。 1.1种类 复合材料按其性能高低可分为常用复合材料和先进复合材料；根据其用途可分为结构复合材料和功能复合材料；按照复合方式可分为宏观复合材料和微观复合材料。根据不同增强体形式可分为纤维复合材料、颗粒复合材料、片材复合材料和叠层复合材料。还有，可以根据基体材料的不同细分为：聚合物基复合材料、金属基复合材料和无机非金属基复合材料。本文主要以基体材料的细分方式介绍复合材料的制备及其应用。 其生产流程见图1.1。 图1.1 复合材料制品的生产流程图 1.2聚合物基复合材料 聚合物基复合材料是聚合物或俗称树脂作为基体与粒状、片状、纤维状填充组分作为增强体的复合材料。按基体的不同还可以分成热固性树脂基、热塑性树脂基和橡胶基。
1.2.1制备 其主要制备方法有：预浸料、手糊成型工艺、喷射成型、袋压成型、模压成型、纤维缠绕成型、拉挤成型、熔融流动成型、增强反应注射成型和树脂传递模塑。 1.2.2应用 聚合物基复合材料在建筑、化学、交通运输、机械电器、电子工业及医疗、国防、航天航空及火箭等领域都有广泛应用。如手糊成型制得的广播卫星抛物面天线、太阳能电池帆板；纤维缠绕成型可制得雷达罩、火箭发动机壳、压力容器；模压成型制得的整体浴室和汽车保险杠等等。 1.3金属基复合材料 金属基复合材料是以金属、合金和金属间化合物为基体，以无机纤维和金属间化合物等为增强体，通过浸渗、固结工艺制成的复合材料。根据其基体的种类可细分为轻金属基、高熔点金属基和金属间化合物基。 1.3.1制备 金属基复合材料的主要制备工艺方法有：固相法、液相法和原位复合法。固相法主要有粉末冶金、固态热压法、热等静压法；液态法主要有真空压力浸渍法、挤压铸造法；原位复合法主要包括共晶合金定向凝固、直接金属氧化物法、反应生成法。 1.3.2应用 金属基复合材料主要可应用于航天、航空、汽车、医疗、体育用品等领域。如航天飞机中段主机身的B/Al关键桁架、臂状支柱；齿轮；高尔夫球杆击球头及各种支架等等。 1.4无机非金属基复合材料 无机非金属复合材料主要有陶瓷基复合材料、水泥基复合材料和碳基复合材料。 1.4.1陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料是以陶瓷材料为基体，并以陶瓷、碳纤维和难熔金属的纤维、晶须、晶片和颗粒为增强体，通过适当的复合工艺所构成的复合材料。主要可细分为高温陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料和玻璃陶瓷基复合材料。 其制备工艺主要有：粉末冶金法(颗粒）、浆体法（液体法）、热压烧结法、液态浸渍法、直接氧化法、溶胶-凝胶法、化学气相浸渍法（CVI）、先驱体转化和反应熔融浸渗（RMI）等。 陶瓷基复合材料可应用于切削工具方面及航空航天领域的研究。如刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。法国已将长纤维增强炭化硅复合材料应用于制造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意的使用效果。