【摘要】：復(fù)合材料氣瓶在搬運(yùn),裝卸以及使用過(guò)程中,會(huì)受到意外撞擊或跌落,這種撞擊或跌落對(duì)氣瓶的影響,可能會(huì)導(dǎo)致氣瓶在使用中出現(xiàn)泄露和破壞,為了保證氣瓶安全使用,對(duì)復(fù)合材料氣瓶沖擊性能的研究一直是該系列產(chǎn)品的一個(gè)重要課題。本文綜合運(yùn)用理論分析,有限元仿真計(jì)算并結(jié)合實(shí)驗(yàn)針對(duì)復(fù)合材料氣瓶作了沖擊力學(xué)性能研究。 本文用有限元分析軟件ANSYS中的LS-DYNA分別對(duì)復(fù)合材料氣瓶以及鋁膽做了跌落仿真分析,跌落方式分別為垂直、水平和45度角方向,跌落速度依次取為3m/s、4m/s和5m/s。跌落又分為不加內(nèi)壓、加1MPa內(nèi)壓到3MPa內(nèi)壓幾種情況。由仿真計(jì)算得出氣瓶在不同條件下所受到?jīng)_擊力的大小,內(nèi)部各點(diǎn)在沖擊過(guò)程中應(yīng)力的變化情況,確定出在各種情況下受力最大點(diǎn)(即危險(xiǎn)點(diǎn))的位置,同時(shí),也得出氣瓶在沖擊過(guò)程中速度、加速度變化、能量變化、結(jié)構(gòu)形狀變化以及沖擊力作用時(shí)間等結(jié)果。 仿真結(jié)果表明跌落沖擊作用時(shí)間短,作用力變化范圍大針對(duì)這些特點(diǎn),參照仿真計(jì)算結(jié)果,本文設(shè)計(jì)了一套跌落實(shí)驗(yàn)方案,搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在氣瓶的危險(xiǎn)點(diǎn)位置布置應(yīng)變片,選擇合適的采樣頻率,以大理石模擬地面,懸掛到與跌落仿真計(jì)算同樣的高度做自由落體,用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和信號(hào)采集處理分析儀等儀器采集、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。另外,采用敲擊錘對(duì)氣瓶沿軸向與壞線方向還作了敲擊實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)了仿真計(jì)算模型的準(zhǔn)確性,也更真實(shí)的反映出氣瓶沖擊響應(yīng)機(jī)理,為理論分析提供了可靠依據(jù)。 本文通過(guò)理論分析、仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn),最后對(duì)提高復(fù)合材料氣瓶耐撞性能設(shè)計(jì)提出幾點(diǎn)建議,幾何特征方面,對(duì)封口處進(jìn)行加厚處理,以減少應(yīng)力集中的影響;結(jié)構(gòu)特征方面,保證復(fù)合材料厚度與鋁膽厚度之比在一個(gè)合適的范圍內(nèi);此外,纖維的纏繞角度以縱環(huán)向同時(shí)加強(qiáng)為佳。
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TH49
【圖文】：

節(jié)約油耗，近年來(lái)開(kāi)發(fā)了鋁內(nèi)襯環(huán)向增強(qiáng)復(fù)合材料氣瓶。這種氣瓶的重量降，安全性提高;由于內(nèi)襯重量減輕，對(duì)材料、熱處理、工藝、氣瓶的設(shè)計(jì)及強(qiáng)化技都要求較高，又由于復(fù)合材料的彈性模量和鋁內(nèi)襯的彈性模量相差較大，為使在疲勞程中兩種材料的變形相匹配，就需要對(duì)氣瓶結(jié)構(gòu)、形狀進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，對(duì)其制造工藝認(rèn)真分析并采用適當(dāng)?shù)挠邢拊治龊推谀M等虛擬制造技術(shù)。而由于需要張力纏，其纏繞設(shè)備亦應(yīng)具備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和優(yōu)化功能，因此這類產(chǎn)品兼顧了鋼內(nèi)襯的可性、密封性和高強(qiáng)度、高韌性的優(yōu)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)、制造和制造所用的設(shè)備都溶入了許技術(shù)，而賦予了這一高壓容器重量輕、安全性好、成本低、質(zhì)量?jī)r(jià)格比高的特征正們所希望的性能和商業(yè)價(jià)值。在同樣的容積和壓力下，依其內(nèi)襯的種類和外層復(fù)合材料的選材不同，復(fù)合CNG比鋼質(zhì)氣瓶的重量可減輕1/3佗乃，二者相比較，顯然復(fù)合材料CNG氣瓶在汽車運(yùn)能上更具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)復(fù)合材料在受到撞擊或高速?zèng)_擊而發(fā)生破壞時(shí)1331，不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)性的碎片，從而降低或避免了對(duì)人員和車輛的損害。近年來(lái)，隨著復(fù)合材料原成本的降低，成型工藝的不斷改進(jìn)，使得復(fù)合材料CNG氣瓶在國(guó)內(nèi)外倍受青睞，在轎車和輕型車上的應(yīng)用極具競(jìng)爭(zhēng)力。圖2，3是復(fù)合材料氣瓶在汽車上的應(yīng)用。

節(jié)約油耗，近年來(lái)開(kāi)發(fā)了鋁內(nèi)襯環(huán)向增強(qiáng)復(fù)合材料氣瓶。這種氣瓶的重量降，安全性提高;由于內(nèi)襯重量減輕，對(duì)材料、熱處理、工藝、氣瓶的設(shè)計(jì)及強(qiáng)化技都要求較高，又由于復(fù)合材料的彈性模量和鋁內(nèi)襯的彈性模量相差較大，為使在疲勞程中兩種材料的變形相匹配，就需要對(duì)氣瓶結(jié)構(gòu)、形狀進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，對(duì)其制造工藝認(rèn)真分析并采用適當(dāng)?shù)挠邢拊治龊推谀M等虛擬制造技術(shù)。而由于需要張力纏，其纏繞設(shè)備亦應(yīng)具備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和優(yōu)化功能，因此這類產(chǎn)品兼顧了鋼內(nèi)襯的可性、密封性和高強(qiáng)度、高韌性的優(yōu)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)、制造和制造所用的設(shè)備都溶入了許技術(shù)，而賦予了這一高壓容器重量輕、安全性好、成本低、質(zhì)量?jī)r(jià)格比高的特征正們所希望的性能和商業(yè)價(jià)值。在同樣的容積和壓力下，依其內(nèi)襯的種類和外層復(fù)合材料的選材不同，復(fù)合CNG比鋼質(zhì)氣瓶的重量可減輕1/3佗乃，二者相比較，顯然復(fù)合材料CNG氣瓶在汽車運(yùn)能上更具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)復(fù)合材料在受到撞擊或高速?zèng)_擊而發(fā)生破壞時(shí)1331，不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)性的碎片，從而降低或避免了對(duì)人員和車輛的損害。近年來(lái)，隨著復(fù)合材料原成本的降低，成型工藝的不斷改進(jìn)，使得復(fù)合材料CNG氣瓶在國(guó)內(nèi)外倍受青睞，在轎車和輕型車上的應(yīng)用極具競(jìng)爭(zhēng)力。圖2，3是復(fù)合材料氣瓶在汽車上的應(yīng)用。

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2 解越美;譚軼謙;;復(fù)合材料氣瓶在美國(guó)的現(xiàn)狀及發(fā)展[A];2003年西部清潔汽車技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2003年

3 張振;高建嶺;王曉純;;CNG氣瓶鋁膽跌落仿真分析[A];第14屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第三冊(cè)）[C];2005年

4 方東紅;胡廣鵬;石劉順;王曉潔;;鋁合金內(nèi)襯復(fù)合材料高壓氣瓶的研制[A];第十六屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

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3 古海波;全纏繞復(fù)合氣瓶預(yù)緊壓力和纏繞層厚度的優(yōu)化[D];大連理工大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2739073