車載供氫系統(tǒng)是燃料電池整車的重要結(jié)構(gòu),主要作用是為燃料電池反應(yīng)堆提供氫氣,一旦供氫系統(tǒng)遭到破壞,將會導(dǎo)致氫氣輸送受阻,能源供應(yīng)不足,嚴(yán)重情況下會發(fā)生氫氣泄漏,不僅會導(dǎo)致一定的經(jīng)濟(jì)損失,還會造成巨大的人身財(cái)產(chǎn)危害,因此供氫系統(tǒng)的安全性是燃料電池汽車的首要問題。本論文使用ANSYS有限元軟件對車載兩瓶組供氫系統(tǒng)展開分析研究,主要包括以下內(nèi)容:1.使用ANSYS軟件對氫系統(tǒng)中使用的鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶進(jìn)行分析,真實(shí)模擬碳纖維封頭段變角度變厚度纏繞情況,得到自緊工況、零壓工況、工作工況、水壓試驗(yàn)工況以及爆破工況五種工況下氫氣瓶內(nèi)膽以及纏繞層的應(yīng)力分布情況,確保氣瓶在正常使用中的安全可靠性。2.通過穩(wěn)態(tài)分析以及瞬態(tài)分析兩種方法,模擬得到車載兩瓶組供氫統(tǒng)關(guān)鍵部位在沖擊載荷下的應(yīng)力狀態(tài)以及氣瓶在沖擊載荷下相對于綁帶的滑動情況,針對系統(tǒng)的應(yīng)力狀態(tài)對框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),進(jìn)一步保證系統(tǒng)在受到?jīng)_擊時具有一定的安全性。3.采用PSD隨機(jī)振動分析方法,得到供氫系統(tǒng)在1-200Hz頻率范圍內(nèi)的各階模態(tài)解,并疊加模態(tài)解得到五種功率譜密度曲線下的隨機(jī)振動結(jié)果,最后基于3σ理論對系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度以及疲勞壽命進(jìn)行評定... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１兩瓶組鋁合金框架

???第一章緒論??１．１課題研究背景??隨著當(dāng)今社會的迅速發(fā)展，人們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、生物醫(yī)??療等也都得到了飛速的進(jìn)步ｍ，煤、石油等傳統(tǒng)能源供不應(yīng)求，燃油、人力成本??不斷攀升，天然氣、氫氣作為能源的情況愈來愈普遍［２，３］。氫氣因?yàn)樽陨韮α砍??足、無污染、可再生等優(yōu)點(diǎn)備受重視，合理利用氫能源成為一個國家能源安全、??能源戰(zhàn)略的重要方針策略ｗ。作為能量的載體，氫氣的儲存、輸送顯得非常重要??［１］。供氫系統(tǒng)作為氫能源汽車上的能源供給系統(tǒng)，使用愈來愈廣泛。圖１－１和圖??１－２所示為兩種常用的車載供氫系統(tǒng)。??圖１－１兩瓶組鋁合金框架?圖１－２四瓶組碳鋼框架??物流車供氫系統(tǒng)?客車供氫系統(tǒng)??Ｆｉｇ．ｌｌ?Ｔｗｏ－ｂｏｔｔｌｅ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｆｒａｍｅ?Ｆｉｇ．?１－２?Ｆｏｕｒ－ｂｏｔｔｌｅ?ｃａｒｂｏｎ?ｓｔｅｅｌ?ｆｒａｍｅ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ??ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｓｕｐｐｌｙ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ?ｖｅｈｉｃｌｅ?ｓｕｐｐｌｙ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｂｕｓ??氫系統(tǒng)中大多數(shù)零部件失效均是由于復(fù)雜路況引起的沖擊加速度和路面不??平引起的隨機(jī)振動所造成ｉ５，６］，這些沖擊和隨機(jī)振動對供氫系統(tǒng)中重要零部件有??著非常大的影響，一旦這些關(guān)鍵部位發(fā)生破壞，極有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的強(qiáng)度和??剛度失效以及氣瓶內(nèi)介質(zhì)的泄露，降低部件使用壽命［７］，嚴(yán)重情況下會對人們生??命財(cái)產(chǎn)造成巨大威脅，因此要求車載供氫系統(tǒng)必須具備良好的抗沖擊和抗振性能。??本課題針對兩瓶組的燃料電池汽車供氫系統(tǒng)在極端的沖擊工況和隨機(jī)振動??工況下進(jìn)行有限元建模和數(shù)值分析，從強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命等

氫氣瓶有限元模型??２．１．１?ＡＮＳＹＳ軟件介紹??本章對鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氫氣瓶分析時使用的軟件是ＡＮＳＹＳ。??ＡＮＳＹＳ軟件是集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電、聲分析于一體的有限元分析軟件，??該軟件提供了一種特殊的能夠用來模擬復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的層合單元類型。由于復(fù)合??材料具有各向異性，材料的主軸方向?qū)ζ湫阅芷鹬P(guān)鍵作用，因此確定合適的復(fù)??合材料主軸方向就顯得非常重要，相比于各向同性材料，其建模過程要更加復(fù)雜。??／?＾?＾??Ｌ上繫＿?）??＼?＾?ＢＯＴＴＯＭ??＾??圖２－１?ＳＨＥＬＬ９９單元幾何形狀??Ｆｉｇ．２－１?ＳＨＥＬＬ９９?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ??該研宄中選擇的復(fù)合材料層單元為適用于薄板和殼結(jié)構(gòu)的ＳＨＥＬＬ９９單元。??ＳＨＥＬＬ９９單元幾何形狀如圖２－１所示。??由上圖可知，ＳＨＥＬＬ９９是８節(jié)點(diǎn)的３Ｄ單元，每個節(jié)點(diǎn)都具有六個自由度，??該單元允許寫入的層數(shù)為２５０層，若鋪設(shè)層數(shù)大于２５０層，可以通過自定義材料??矩陣來實(shí)現(xiàn)材料模型的建立。除此之外，ＳＨＥＬＬ９９具有失效分析的功能和節(jié)點(diǎn)??偏置功能。??本章節(jié)的分析模型利用單元的分層功能對其進(jìn)行了鋪層設(shè)置。復(fù)合材料層的??９??


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