复合材料气瓶充放气过程仿真与验证
复合材料气瓶充放气过程仿真与验证
王恺陈二锋2,张翼2,王道连2,伍继浩1
(1.
中国科学院理化技术研究所，北京100190;2.
北京宇航系统工程研究所，北京100076)
摘要:本文阐述了复合材料气瓶充放气过程的热力学基础，利用系统仿真软件A M E S im，构建了基
于实际物理过程的复合材料气瓶充放气仿真模型，并对充放气过程中的内、外侧换热及瓶壁间导热
进行了数值模拟，分析了复合材料气瓶充放气过程中的压力、温度特性。通过与复合材料气瓶充放
气试验数据的对比分析，验证了本文所提出的实际充放气仿真模型的有效性，并且对于不同介质、
不同充放气工况具有良好的适用性。
关键词:复合材料气瓶;充放气;仿真;试验
中图分类号:TH49;TG435;TB115 文献标志码:A 文章编号= 1001 -4837 (2016) 12 -0001 -06
doi：10. 3969/j. issn. 1001 -4837. 2016. 12. 001
Simulation and Experimental Validation on Charge/Discharge
of Composite Cylinders
WANG Kai12,CHEN Er -feng2,ZHANG Yi2,WANG Dao -lian2,WU Ji -hao1
(1. Technical
Institute
of
Physics
and
Chemistry
, CAS
, Beijing
100190 , China
;2. Beijing
Institute
of
As
-
tronautical
Systems
Engineering
, Beijing
100076 , China
)
Abstract
：The
thermodynamic
basis
of
charging
and
discharging
process
of
composite
cylinders
was
de
scribed
. Based
on
the
system
simulation
software
AMESim,the
convective
and
conduction
heat
transfer
models
of
the
inner
wall
and
the
outer
wall
during
the
charge
and
discharge
process
of
composite
cylinder
were
constructed
. Based
on
the
models,the
pressure
and
temperature
characteristics
were
studied
numeri
cally
. By
comparing
the
results
of
the
simulation
and
the
experimental
data
of
charge
and
discharge
of
composite
cylinder,the
modelsr
effectiveness
was
validated
. Results
indicate
that
the
models
can
adapt
to
different
media
and
charge
or
discharge
modes
.
Key words
： composite
cylinder
； charge
/discharge
; simulation
； experiment
〇引言
气瓶作为运载火箭动力系统重要的贮气装
置，其充放气过程的温升、温降特性将影响系统的
增压性能及气瓶性能[1。尤其是对于复合材料
气瓶，复合材料对温度敏感性较高，且选用树脂材料作为粘合剂时温度过高容易导致复合材料层剥
离，影响复合材料气瓶的承载能力。复合材料气
瓶的充放气过程是一个典型的变质量系统热力学
问题，其影响因素很多，如气瓶的几何参数、充放
气介质、充放气速率、气源温度以及传热系数等等
影响因素。因此，需要进一步研究对于确定的复
合材料气瓶，如何通过控制充放气速率、
气源温度CPVT
复合材料气瓶充放气过程仿真与验证Vol. 33 No. 12 2016
等充装参数将气瓶温升控制在允许范围内[>4]。
复合材料气瓶的充放气过程是气动系统的一
个基本过程，传热系数对于这个过程的影响较为
复杂，详细的理论建模难以在实际中应用，因此传
统方法是将其简化为绝热过程或等温过程，也有
将传热系数视为常数的简化方法。其中绝热过程
适用于瞬时快速充放气过程，而等温过程则适用
于长时间缓慢充放气过程。但是对于增压系统常
用的高压充放气过程，充放气速率约为1 ~ 10
MPa
/min
，且需要较高的充放气效率。而且在实
际充放气过程中，传热系数是变化的，其变化是由
于气瓶内压缩气体的压力或流量的变化引起的。
地面试验及飞行数据也均表明，复合材料气瓶实
际充放气过程中的压力、温度变化与绝热充放气
过程及等温充放气过程存在明显偏差。因此，绝
热模型、等温模型或者常数传热系数模型均和实
际充放气模型存在偏差，很难反映真实的充放气
过程[5<。
本文从复合材料气瓶充放气过程中实际的3
部分换热过程入手，构建气体与瓶壁、瓶壁内外侧
间导热、瓶壁与外界环境间的换热模型，开展气瓶
充放气过程的分析研究，通过与地面试验数据对
比，验证了仿真分析模型的普适性与有效性，阐明
了充放气速率、充放气介质、气源温度以及传热系
数等因素对充放气过程的影响。
1充放气过程热力学分析[9]
1.1充放气过程的热力学第一定律表达式
对充放气过程问题的分析求解，不论是选取
开口系统还是闭口系统，其分析均基于热力学第
一定律，一般选取气瓶的内界面为边界，即选取边
界内的控制容积为非稳定流动的开口系统。当
进、出口均为单股流时，开口系统在出时间内的
热力学第一定律表达式，即开口系统能量方程为：
=d£ + [ (h+c /2 +gz)8m]out ~[(h +
c2/2 +gz)Sm]m +8W
(1)
式中—热量，J
E
, IF
_系统总能量、向外界传递的功，J
h
—进出口工质的焓值，J/kg
c
—进出口工质的流动速度，m/S
m
---进出口工质的质量，kg
z
—进、出口高度，m考虑到充放气时工质在进出口的势能差和动
能差一般可以忽略不计，且充放气过程中系统一
般没有整体位移，系统总能量£中的系统宏观运
动动能和系统重力位能的变化均为零;对于刚性
气瓶，其容积^不变，可得到= 0，因此开口系
统能量方程式可以简化为：
SQ
=dU
+ (hSm)oia
- (hSm)m
(2)
式中U
—热力学能，J
为了简化分析过程，假设比热容为定值，研究
对象为理想气体，则理想气体状态方程的微分形
式如下：
dp/p
+ dV/V
= dm/m
+ dT/T
(3 )
式中P
---气体压力，Pa
T
—气体温度，K
V
—气体体积，m
3
又因为气瓶的容积F
不变，式（3)可以进一
步简化为：
dp/p
= dm
/ m
+ dT/T
(4)
1.2 气瓶绝热充放气模型
对于气瓶绝热充放气过程，系统与外界无热
量变化，因此可以得出：
dU
+ (hSm)out
- (h
8m)m
=0 (5)
以复合材料气瓶的充气过程为例，详细介绍
气瓶绝热充气过程的模型构建。
首先，根据df
/ = d
(服〇 = mdu
+ udm
，且有
=dm
人=/1。，=cj，/i
=cp
7\可以推导出：
dm
CVAT
dy
^
m
Cph
-Cv
1 klo
~1
式中&----理想气体的定容比热容，J/(kg
• K
)
cp
—理想气体的定压比热容，J/(kg
• K
)
T
0—充气气源温度，K
k
---比热比，A
=£；/&
根据式(4)和（6)
，联立消去dm
/m
并积分，
得到计算最终温度的公式为：
T
2 =kT
{/[ T
^Tq + (k
- (7)
根据式(4)、（ 6)，联立消去d
777\并将理想
气体状态方程以71 = Py
/(mRg
)的形式代入并积
分，得到计算气瓶充气量的公式为：
Am
= m
2-m
l= (p
2 -pJ
/ikRgT
^ (8)
式中Rg
—气体常数，J/(kg
• K
)
1.3
气瓶等温充放气模型
对于气瓶等温充放气过程，气瓶内介质温度
无变化，气瓶与外界有热量交换，因此有dr
= 〇
,
复合材料高压气态储氢瓶深度解析
复合材料高压气态储氢瓶深度解析
首先，我们需要了解复合材料的定义。复合材料是由两种或两种以上的组分混合而成，具有较好的综合性能。相比于传统材料，复合材料的特点是具有更高的强度、更好的韧性和更低的密度。这些特点使得复合材料成为制造高压气态储氢瓶的理想材料。
复合材料高压气态储氢瓶的制造过程主要包括材料选择、预制、成型和后续处理。首先，需要选择适合储氢的复合材料。常见的选择包括纤维增强复合材料、碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料。这些材料具有良好的强度和刚度，可以承受高压氢气的储存。
在预制过程中，将选择的复合材料切割成合适的形状，然后通过热处理或表面涂覆等方法进行改性处理。这些处理能够增加复合材料的耐腐蚀性、耐磨性和耐高温性能，提高高压氢气储存的安全性和可靠性。
成型过程是将预制的复合材料进行成型，制成符合规定尺寸的储氢瓶。常见的成型方法包括缠绕成型、层压成型和注塑成型等。这些成型方法都可以在保持复合材料优良性能的同时，实现高效的生产。
在后续处理中，储氢瓶将进行表面处理和质量检验等工序。表面处理包括去除毛刺、涂漆或涂层等，以增加储氢瓶的防腐蚀性和美观性。质量检验主要包括外观检验、尺寸检验和性能测试等。只有经过严格的质量检验，储氢瓶才能保证在使用过程中的安全性和可靠性。
复合材料高压气态储氢瓶相比传统金属储氢瓶具有明显的优点。首先，复合材料高压气态储氢瓶的密度较低，可以减少整个装置的重量，提高能量密度。其次，复合材料具有较好的韧性和疲劳寿命，可以更好地承受高压氢气的作用。此外，复合材料对氢气的渗透性较低，能够有效地减少氢气的泄漏和污染。
然而，复合材料高压气态储氢瓶也存在一些挑战。首先，复合材料的制造成本较高，增加了储氢装置的成本。其次，复合材料的制造过程相对复杂，需要高度专业化的生产设备和技术。此外，复合材料高压气态储氢瓶的使用寿命有限，需要定期进行检测和维护。
综上所述，复合材料高压气态储氢瓶具有广阔的应用前景。它在储氢领域具有高能量密度、安全可靠和环境友好的特点。随着科技的不断进步和复合材料技术的发展，复合材料高压气态储氢瓶将会得到更广泛的应用并逐渐取代传统的金属储氢瓶。
某型复合材料气瓶优化设计
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 结构·设计
某型复合材料气瓶优化设计
李小明,邱桂杰,刘锦霞
(北京玻璃钢研究设计院,北京102101)
摘 要 本文采用APDL语言进行某型复合材料气瓶优化设计,优化后的气瓶性能有较大提高,另外分析了铺层顺序对气瓶性能的影响。关键词 复合材料;压力容器;有限元;优化设计
OptimumDesignofACompositePressureVessel
LIXiao-ming,QIUGui-jie,LIUJin-xia(BeijingFRPResearch&DesignInstitute,Beijing102101)ABSTRACT ThisarticlediscussesoptimumdesignofacompositepressurevesselwithAPDLlanguageandtheperformanceofpressurevesselcanbeimprovedafteroptimumdesign.Inaddition,theeffectofplystackingsequenceontheperformanceisanalyzed.KEYWORDS Composites;Pressurevessel;FEM;Optimumdesign
1 前 言
工业产品从设计到加工的过程中,单凭经验和
反复的采用实物试验验证的传统制造方法,已经远
远不能适应降低制造成本、减少设计和生产周期、快
速适应市场变化和增强市场竞争力的需要了。随着
科学技术的发展,虚拟制造、虚拟实验使得在实际的
产品制造之前就能发现产品在使用和制造中可能存
在的问题,提高了产品质量,降低了工业产品的设计
与试制的成本。
与传统材料相比,复合材料具有可设计性,复合材
天然气气瓶快充过程温升数值模拟研究
第２５卷第６期 ２０１１年１２月 高校化学工程学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＣｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆＣｈｉｎｅｓｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ Ｎｏ ６、，ｏｌ ２５ Ｄｅｃ． ２Ｏｌ１
文章编号：１００３－９０１５（２０１１）０６－０９６６—０５
天然气气瓶快充过程温升数值模拟研究
刘延雷１，２，郑津洋 ，韩树新 ，赵永志 ，刘格思
（１．浙江大学化学工程与生物工程学系４￣：ｒ－机械研究所，浙江杭州３１００２７；
２．杭州市特种设备检测院，浙江杭州３１０００３）
摘要：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，增加速率逐渐减小。相关结论可以为天然气加气站内处理快速加注等相关问题提供参考。
关键词：天然气；加气站；复合材料气瓶：快充：温升； 数值模拟
中图分类号：ＴＱ０１８ 文献标识码：Ａ
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｒｉｓｅ ｏｆ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ
ｄｕｒｉｎｇ Ｒｅｆｕｅｌｉｎｇ
Ｌ１Ｕ Ｙａｎ－ｌｅｉ ｔ ，ＺＨＥＮＧ Ｊｉｎｇ－ｙａｎｇ ，ＨＡＮ Ｓｈｕ．ｘｉｎ２，ＺＨＡＯ Ｙｏｎｇ－ｚｈｉ ，ＬＩＵ Ｇｅ－ｓｉ
（１，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊ ｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １ ００２７，Ｃｈｉｎａ；
复合材料压力容器充气温度效应分析
复合材料压力容器充气温度效应分析 ２０１４年１月
复合材料压力容器充气温度效应分析
张伟，王鹏飞，王 浩，邢会霞
（北京玻钢院复合材料有限公司，北京 １０２１０１） 摘要：通过对复合材料压力容器进行２４小时气密性检验，测试得到压力容器充压后温度稳定时间和压力稳定时间，分析 压力容器充压压力和温度之间的关系。拟合实验结果得到的压力一时间方程和温度一时间方程可以用来预测不同充气压力下 的温度效应。 关键词：复合材料压力容器；充气；压力稳定时间；温度稳定时间 中图分类号：ＴＢ３３２；ＴＢ６６４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—０９９９（２０１４）０１—００４０—０３
随着工业水平和社会经济的不断发展，复合材 料缠绕压力容器得到越来越广泛的应用。为了提高 气体储存的密度，即提高气体单位体积和单位质量
的能量密度，高压气体储存容器应运而生。高压压 缩储氢直接、简单、方便、成本低、易产业化，是比较 实际和可靠的储存方式。为了解决高压储气容器的 质量问题，当前倾向于采用轻质复合材料压力容器
作为高压储气容器 。 高压储气方式与其他方式相比有很多优点，同 时也存在缺点 Ｊ：第一，压力升高会使得充气操作变
得复杂，从而增加了整个充气系统和气罐本身的成 本；第二，压力太大导致安全性差。在给压力容器充 气过程中，气体温度会有显著升高，这种温升效应对 于压力容器材料的力学性能具有重要的影响。鉴于 高压储气方式的诸多缺点，人们开始展开了对于压 力容器温升效应问题的研究。文献［３，４］研究了有
刚性高压容器向低压空间自由放气或由恒压气源向 低压刚性容器充气的一般过程；刘吴等 对气动汽 车快速加气站的加气过程进行了研究；安刚等 对车 载储氢气瓶快速充气进行了试验和理论分析，得出了
快速充气过程中的压力和温度变化规律。 本文通过对复合材料压力容器进行慢速充气， 得到了在充气２０ＭＰａ压力下的温度变化数据和分 析结果，并且得到了温度一时间预测方程和压力一时 间预测方程，预测得到的温度稳定时间和压力稳定 时间均符合相关规定。
纤维缠绕复合材料气瓶研究进展
第
39卷第
4期
2012年
8月Vol.39，
No.4
Aug.2012应用科技
AppliedScienceandTechnology
收稿日期：
2012-01-10.
作者简介：徐君臣
（1987-）,男
，硕士研究生
，主要研究方向
：复合材料
压力容器
，E-mail：jzyin@
.doi：
10.3969/j.issn.1009-671X.2012.04.014
纤维缠绕复合材料气瓶研究进展
摘要：纤维缠绕复合材料气瓶具有高比强度和比模量、抗疲劳、抗腐蚀等优点，已经成为研究的焦点
.文中分析了纤
维缠绕复合材料气瓶在国内外的研究进展，并进行了归纳总结，主要内容包括：纤维缠绕复合材料气瓶的国内外标准、
制造过程中应考虑的主要因素、失效准则、失效模式以及优化设计
.通过对比发现，
Tsai-Wu失效准则预测的失效压力
与实验值最接近
.提出了一些预防复合材料气瓶失效的措施，对气瓶的安全使用有一定的借鉴作用
.最后指出了未来
研究的重点
.
关键词：复合材料气瓶；纤维缠绕；失效准则；失效模式；优化设计
中图分类号：
TQ053.2文献标志码：
A文章编号：
1009-671X（
2012）
04-0064-08
Progressinfilament-woundcompositegascylinders
Abstract：
Filament-woundcompositegascylindershavebecomearesearchfocusbecausetheyexhibitmany
advantagessuchashighstrength-densityandstiffness-densityratios，andexcellentresistancetofatigueand
corrosion.Thispapersummarizestheprogressinfilament-woundcompositegascylindersathomeandabroad.
复合材料气瓶的优化设计
第５１卷第４期 ２０１４年８月 化工设备与管道 ＰＲＯＣＥＳＳ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＰＩＰＩＮＧ Ｖ０１．５１ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１４
复合材料气瓶的优化设计
范万春
（江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院，江苏无锡２１４１７４）
摘要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。
关键词复合材料气瓶；纤维层；应力；有限元
中图分类号：ＴＱ ０５３；ＴＨ １２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—３２８１（２０１４）０４－００２６—００３
复合材料已广泛地应用于航天、航空、汽车、
造船、化工、机械、建筑和能源等各个领域，而在特
种设备制造方面，复合材料也有着巨大的优势。和普
通钢质气瓶相比，复合材料气瓶能够发挥复合材料的
特性，具有强度高、质量轻、抗疲劳、耐腐蚀、寿命
长等突出优点，应用的前景非常广阔，逐渐受到了汽
车工业界的青睐和专家的赞赏。随着越来越多的复合
材料气瓶的投入使用，必将会对节约能源、改善环境
质量发挥着重要的作用。
１气瓶的基本结构
目前车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶有
两种结构，以其中常用的一种为例，如图１，气瓶由
三部分组成：内胆、复合材料增强层、外保护层。
图１复合材料气瓶
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ
２复合材料气瓶的分析原理
２．１基本假设
由于复合材料气瓶存在非线性、大变形等特点，
所以在稳定性、安全性及可靠性等性能评定方面，传
统的理论已经无法满足应力分析的要求，须采用非 线性有限元的方法进行分析。进行非线性有限元分析
时，在各向同性屈服条件的基础上，引入了各向异
碳纤维复合材料气瓶声发射监测试验研究
碳纤维复合材料气瓶声发射监测试验研究
程伟;王哲;程经纬;江慧丰;陶元宏;陈炜
【期刊名称】《压力容器》
【年(卷),期】2022(39)3
【摘 要】碳纤维复合材料气瓶在循环充放气等复杂服役工况下易发生疲劳开裂、泄漏等损伤,需要及时监测和预警。通过声发射方法在线监测循环载荷作用后的复合材料气瓶升压-保压过程,分析声发射信号特征参量,探究气瓶损伤声发射检测定位与气瓶损伤位置关系,并对出现泄漏失效的气瓶进行渗透检测、目视检查和相控阵超声检测。试验及分析结果表明,声发射监测能够准确识别复合材料气瓶疲劳开裂、泄漏等损伤,撞击数、计数、能量、定位信息等声发射监测数据能够作为气瓶损伤发生时间和位置的判据,渗透检测、目视检查和相控阵超声检测方法进一步验证了声发射监测判据的准确性。
【总页数】10页(P71-80)
【关键词】复合材料气瓶;声发射;特征参量;循环载荷;疲劳开裂
【作 者】程伟;王哲;程经纬;江慧丰;陶元宏;陈炜
【作者单位】合肥通用机械研究院有限公司;合肥通用机械研究院特种设备检验站有限公司
【正文语种】中 文
【中图分类】TH49;TB332
【相关文献】 1.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2.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3.一种卫星用钛内衬-碳纤维缠绕复合材料气瓶特性研究4.碳纤维缠绕复合材料气瓶冲击试验研究5.玻-碳纤维复合材料气瓶疲劳性能研究及优化分析
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复合材料制造过程仿真技术综述
复合材料制造过程仿真技术综述
元振毅;王永军;蔡豫晋;郭俊刚;苏霞;孙博
【摘 要】复合材料制造过程仿真技术的有效应用可以在复合材料构件设计之初对其制造过程中可能出现的缺陷,如分层、孔隙、温度不均、变形等问题进行预测,从而为优化构件结构、调整工艺参数或模具型面提供依据.对目前复合材料设计制造领域常用的一些软件进行简要介绍,并针对目前复合材料制造过程温度场分布和固化变形仿真技术中存在的问题进行了阐述与讨论.%Using the simulation
technology for the manufacturing process of composites,many defects
such as delamination,void,uneven temperature field distribution and
curing deformation can be predicted effectively in the design stage to
optimize the component structure,adjust the process parameters and the
tool surface.Some common softwares used in designing and
manufacturing field of composites materials are briefly introduced and
some problems in the simulation about temperature field distribution and
curing deformation are reviewed and discussed.
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2017(000)004
【总页数】7页(P47-53)
【关键词】复合材料;制造仿真;温度场;固化变形
复合材料气瓶高低温条件下的疲劳及爆破性能研究
复合材料气瓶高低温条件下的疲劳及爆破性能研究
林松;王俊锋;李红;陈亮;孙文文
【摘 要】本文缠绕成型130 L复合材料气瓶,进行了充放气疲劳及水压爆破试验,并且采用声发射的检测方法对充放气疲劳试验过程进行了监控.试验结果表明:充放气疲劳过程中复合材料气瓶除了承受内压载荷作用,同时还承受由于充放气导致的温度变化产生的热应力,内压以及热应力对气瓶的损伤较大,会导致气瓶疲劳后的爆破压强下降.
【期刊名称】《纤维复合材料》
【年(卷),期】2015(032)001
【总页数】4页(P22-25)
【关键词】复合材料气瓶;声发射;气压;疲劳
【作 者】林松;王俊锋;李红;陈亮;孙文文
【作者单位】航天材料及工艺研究所,北京100076;航天材料及工艺研究所,北京100076;航天材料及工艺研究所,北京100076;航天材料及工艺研究所,北京100076;航天材料及工艺研究所,北京100076
【正文语种】中 文
复合材料气瓶由于具有较高的结构效率，在火箭、空间飞行器以及民用的运输装置中得以广泛的应用[1-6]。目前通常采用水压试验的方式对气瓶的疲劳及爆破强度进行检测，但是实际使用过程中，气瓶使用的为气压，气瓶在充压过程中除了受内压作用外，还会因为充放气导致的温度剧烈变化使得气瓶承受热应力的作用[7]。国内外学者关于气瓶的热机械应力做了大量的研究工作，Onder[8]的研究表明复合材料气瓶在高温条件下，会由于热应力导致气瓶的机械性能下降。Messinger和Pulley[9]研究了IM7/977-2缠绕成型的复合材料气瓶在低温条件下的性能，并且采用声发射对其低温循环过程进行监控，研究表明低温容易导致复合材料气瓶树脂开裂。Ju[10]等的研究也表明高温条件下，树脂由于韧性减低会导致树脂抗裂纹扩展能力下降，从而使得复合材料气瓶的性能降低。但是大部分文献报道的只是复合材料气瓶在单一温度或者单一内应力作用下对复合材料气瓶性能的影响，实际气压使用过程中复合材料气瓶的热应力与内应力是比较复杂的，需要开展气瓶的充放气试验。但是充放气试验的成本较高，危险性较大，关于其研究较少。
基于Tsai-Wu失效准则的复合材料气瓶爆破压力预测与试验验证
基于Tsai-Wu失效准则的复合材料气瓶爆破压力预测与试验验证
邓淞文;盛鹰;贾彬;王汝恒
【期刊名称】《西南科技大学学报》
【年(卷),期】2022(37)3
【摘 要】针对车载CNG复合材料气瓶,根据网格理论设计了碳纤维在气瓶的封头段与筒身段的缠绕角度与厚度,并利用ANSYS APDL语言实现了碳纤维在封头段的变角度与变厚度缠绕,建立了复合材料气瓶三维有限元分析模型,利用该有限元模型进行了各种内压工况下的强度分析,并基于Tsai-Wu失效准则,得出复合材料层的破坏因子,预测了该气瓶的爆破压力与爆破位置并通过爆破试验验证了有限元计算的正确性。结果表明,该复合材料气瓶爆破内压为67 MPa,爆破位置在筒身段与封头段的过渡处,并沿筒身段扩展。
【总页数】9页(P21-28)
【作 者】邓淞文;盛鹰;贾彬;王汝恒
【作者单位】西南科技大学土木工程与建筑学院;西南科技大学工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室
【正文语种】中 文
【中图分类】O341
【相关文献】 1.复合材料气瓶有限元分析与爆破压力预测2.低温复合材料气瓶爆破压力的有限元分析与试验研究3.UHMWPE纤维缠绕铝内衬复合材料气瓶爆破压力预测4.UHMWPE纤维缠绕铝内衬复合材料气瓶爆破压力预测5.基于ACP的碳纤维复合材料气瓶渐进损伤与爆破压力预测
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