【摘要】：為了減輕車用天然氣氣瓶重量、增加天然氣汽車行駛里程,本文對車用35MPa全纏繞復合材料氣瓶進行理論設計。根據(jù)相關標準和技術指標,結合氣瓶幾何約束條件,對復合材料氣瓶內膽進行結構設計,包括氣瓶封頭橢球比、內膽壁厚、內膽直徑、瓶口直徑等參數(shù)。通過網(wǎng)格理論及纖維纏繞工藝要求,對氣瓶纖維纏繞層進行設計,包括纖維纏繞角度、纖維纏繞厚度、纖維纏繞層數(shù)等參數(shù)。為了驗證復合材料氣瓶在各工況下是否滿足強度要求,按照TSG R0006-2014規(guī)定,纖維纏繞復合氣瓶的瓶體設計應當采用應力分析設計方法。本文詳細介紹了ACP(ANSYS Composite Prep Post)在處理復合材料結構方面的功能及流程,國內首次應用ANSYS Workbench平臺下的ACP模塊對玻璃纖維全纏繞復合氣瓶進行幾何建模和應力分析。依據(jù)GB24160-2009設計準則,通過優(yōu)化設計得出了該氣瓶的最佳自緊壓力,并分別計算了氣瓶在自緊壓力、工作壓力、卸載零壓和最小設計爆破壓力下的結構應力。最后,通過已有文獻所介紹的試驗與ANSYS ACP計算結果進行對比分析來驗證ANSYS ACP建模的準確性。考慮到氣瓶復合材料層對溫度的敏感性,根據(jù)GB24160-2009規(guī)定,氣瓶的使用溫度不超過82℃。本文通過Fluent17.2建立復合材料氣瓶充氣溫升數(shù)值模型,應用該模型對氣瓶充氣過程中的溫升進行數(shù)值計算,得到了氣瓶內部氣體及壁面的溫度分布情況。結果表明:充氣結束后,氣瓶復合材料層最高溫度未超出復合材料氣瓶許用溫度范圍,可證明在該工況下充氣的安全性。最后,采用同樣的方法對一種長管拖車用大容積氣瓶的真實充氣過程進行數(shù)值計算,并與該大容積氣瓶試驗結果進行對比分析來驗證Fluent17.2建模的準確性。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH49

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