本文關(guān)鍵詞：CNG環(huán)向纏繞氣瓶纖維應(yīng)力比研究

  更多相關(guān)文章： 環(huán)向纏繞 氣瓶 標(biāo)準(zhǔn) 疲勞 纖維應(yīng)力比

【摘要】：CNG環(huán)向纏繞氣瓶憑借其優(yōu)越的性能,在工業(yè)和民用中得到了廣泛的應(yīng)用。在CNG環(huán)向纏繞氣瓶的有限元分析中,對(duì)于建模方法的選擇,目前仍存在一定爭(zhēng)議。在CNG環(huán)向纏繞氣瓶的標(biāo)準(zhǔn)中,沒有對(duì)氣瓶壁厚設(shè)計(jì)方法提出具體規(guī)定,設(shè)計(jì)者在對(duì)氣瓶設(shè)計(jì)時(shí)依照的標(biāo)準(zhǔn)也不同,造成設(shè)計(jì)的氣瓶尺寸往往存在差異。CNG環(huán)向纏繞氣瓶相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)纖維應(yīng)力比的規(guī)定,僅從纖維斷裂方面考慮,對(duì)氣瓶纖維應(yīng)力比的下限作出規(guī)定,而對(duì)纖維應(yīng)力比的上限未作規(guī)定。在預(yù)緊壓力較小時(shí),纖維應(yīng)力比較大,仍能滿足標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)纖維應(yīng)力比的規(guī)定,然而較小的預(yù)緊壓力不利于約束通過預(yù)緊提高氣瓶疲勞性能。本文建立了CNG環(huán)向纏繞氣瓶的軸對(duì)稱單元模型和三維殼單元模型,通過對(duì)兩種模型的分析結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比,為應(yīng)力分析模型的選擇提供參考建議。然后,根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)體系的氣瓶設(shè)計(jì)方法,對(duì)市場(chǎng)上常見的四種規(guī)格(Φ279、Φ325、Φ356、Φ406)的CNG環(huán)向纏繞氣瓶進(jìn)行設(shè)計(jì),分析在不同預(yù)緊壓力下氣瓶的纖維應(yīng)力比變化規(guī)律。最后,通過計(jì)算不同纖維應(yīng)力比下氣瓶的疲勞循環(huán)次數(shù),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)氣瓶疲勞循環(huán)次數(shù)的規(guī)定,對(duì)CNG環(huán)向纏繞氣瓶的纖維應(yīng)力比提出一個(gè)上限參考值。具體研究結(jié)果如下：(1)針對(duì)CNG環(huán)向纏繞氣瓶的有限元模型,三維殼單元模型能夠考慮纏繞角度,從而建立準(zhǔn)確的模型；而軸對(duì)稱模型由于平面單元的法向方向不能改變,通常在建立模型時(shí)將纖維纏繞角度近似為90°。計(jì)算分析表明,當(dāng)纏繞角度在90°-73°之間,軸對(duì)稱模型和三維殼單元模型在工作壓力和爆破壓力下應(yīng)力分析的最大相對(duì)誤差為5%。實(shí)際生產(chǎn)中環(huán)向纏繞的纏繞角通常是85°～90°,因此可以使用軸對(duì)稱模型代替三維殼單元模型對(duì)CNG環(huán)向纏繞氣瓶進(jìn)行應(yīng)力分析。(2)國標(biāo)(GB5099-1994)的壁厚設(shè)計(jì)公式是由中徑公式結(jié)合第一強(qiáng)度理論得到,ISO標(biāo)準(zhǔn)(IS09809-2010)和歐標(biāo)(EN1964-2000)的設(shè)計(jì)公式則由拉美公式結(jié)合第四強(qiáng)度理論得出。三種設(shè)計(jì)方法得到的氣瓶尺寸不同,在相同的壓力條件下,內(nèi)膽和纖維層的應(yīng)力分布也不同,造成不同的設(shè)計(jì)方法得到的氣瓶在相同壓力條件下的纖維應(yīng)力比相差3.5%-30.8%,且隨著預(yù)緊壓力的增大而減小。(3)對(duì)根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)的氣瓶進(jìn)行疲勞分析表明,為了使氣瓶滿足標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于疲勞循環(huán)次數(shù)的規(guī)定,對(duì)于根據(jù)國標(biāo)設(shè)計(jì)的四種規(guī)格的CNG環(huán)向纏繞氣瓶,纖維應(yīng)力比分別應(yīng)不超過5.07、4.75、4.87、4.73,對(duì)于根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)和歐標(biāo)設(shè)計(jì)的四種規(guī)的CNG環(huán)向纏繞氣瓶,纖維應(yīng)力比分別應(yīng)不超過3.73、3.23、3.17、3.17。
【關(guān)鍵詞】：環(huán)向纏繞 氣瓶 標(biāo)準(zhǔn) 疲勞 纖維應(yīng)力比
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH49
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文獻(xiàn)綜述10-23
• 1.1 CNG氣瓶用復(fù)合材料及纏繞工藝10-11
• 1.2 CNG氣瓶11-14
• 1.2.1 CNG氣瓶結(jié)構(gòu)及分類11-14
• 1.2.2 CNG氣瓶使用中存在的問題14
• 1.3 CNG環(huán)向纏繞氣瓶相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)14-17
• 1.3.1 CNG環(huán)向纏繞氣瓶國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)介紹15-16
• 1.3.2 CNG環(huán)向纏繞氣瓶標(biāo)準(zhǔn)中存在的問題16-17
• 1.4 CNG氣瓶損傷研究17-21
• 1.4.1 CNG氣瓶結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析17-18
• 1.4.2 CNG氣瓶過載損傷分析18-20
• 1.4.3 CNG氣瓶疲勞損傷研究20-21
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容21-23
• 2 CNG環(huán)向纏繞氣瓶模型驗(yàn)證23-37
• 2.1 軸對(duì)稱模型和三維模型對(duì)比23-31
• 2.1.1 有限元模型建立23-24
• 2.1.2 分析結(jié)果討論24-31
• 2.2 CNG環(huán)向纏繞氣瓶爆破壓力預(yù)測(cè)31-36
• 2.2.1 CNG環(huán)向纏繞氣瓶漸進(jìn)損傷分析流程31-33
• 2.2.2 CNG環(huán)向纏繞氣瓶過載損傷分析33-36
• 2.2.3 爆破壓力分析36
• 2.3 本章小結(jié)36-37
• 3 CNG環(huán)向纏繞氣瓶設(shè)計(jì)37-46
• 3.1 CNG環(huán)向纏繞氣瓶?jī)?nèi)膽設(shè)計(jì)37-41
• 3.1.1 鋼質(zhì)無縫氣瓶國內(nèi)外設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)37
• 3.1.2 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法對(duì)比37-41
• 3.2 CNG環(huán)向纏繞氣瓶纖維層設(shè)計(jì)41
• 3.3 氣瓶尺寸設(shè)計(jì)41-45
• 3.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)42
• 3.3.2 內(nèi)膽設(shè)計(jì)計(jì)算42-44
• 3.3.3 纏繞層設(shè)計(jì)計(jì)算44
• 3.3.4 設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)比44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 4 CNG環(huán)向纏繞氣瓶纖維應(yīng)力比分析46-71
• 4.1 纖維應(yīng)力比46-50
• 4.1.1 材料的彈塑性46-48
• 4.1.2 纖維應(yīng)力比對(duì)CNG環(huán)向纏繞氣瓶性能的影響48-49
• 4.1.3 纖維應(yīng)力比的規(guī)定49-50
• 4.2 CNG環(huán)向纏繞氣瓶纖維基體損傷探索50-58
• 4.2.1 基體損傷分析方法50-51
• 4.2.2 不同纖維應(yīng)力比下CNG環(huán)向纏繞氣瓶應(yīng)力分析51-55
• 4.2.3 基于基體損傷的纖維應(yīng)力比選取55-58
• 4.3 CNG環(huán)向纏繞氣瓶疲勞損傷分析58-70
• 4.3.1 疲勞損傷分析方法59-66
• 4.3.2 不同纖維應(yīng)力比下CNG環(huán)向纏繞氣瓶疲勞性能分析66-68
• 4.3.3 基于疲勞破壞的纖維應(yīng)力比選取68-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 5 結(jié)論與展望71-73
• 5.1 研究總結(jié)71
• 5.2 研究展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 致謝76-77

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