【摘要】：近年來由于環(huán)境污染和石油匱乏等原因,我國正大力推動壓縮天然氣(Compressed natural gas,CNG)汽車的發(fā)展,車載CNG氣瓶作為汽車的關(guān)鍵儲能部件需求量也越來越大。復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能,其比強(qiáng)度和比剛度遠(yuǎn)高于金屬材料,而且具有使用壽命長和設(shè)計(jì)性強(qiáng)的特點(diǎn),使得復(fù)合材料CNG氣瓶成為車載高壓氣瓶研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。這類氣瓶能夠很好地發(fā)揮復(fù)合材料的特性,應(yīng)用前景十分廣闊。隨著復(fù)合材料氣瓶的推廣,相信會在節(jié)約能源、改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮重要作用。本文分別介紹內(nèi)襯和纖維增強(qiáng)層的成型工藝,并對纏繞成型工藝中常用的幾種工藝方法進(jìn)行簡要介紹,為后續(xù)復(fù)合材料氣瓶的設(shè)計(jì)提供工藝基礎(chǔ)。接下來介紹了復(fù)合材料力學(xué)的基礎(chǔ)知識和幾種常用的失效形式為氣瓶的有限元分析提供理論依據(jù)。應(yīng)用薄膜理論和網(wǎng)格理論推導(dǎo)得到內(nèi)襯和纖維纏繞層的計(jì)算公式,完成70L鋁合金內(nèi)襯復(fù)合材料氣瓶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。運(yùn)用ABAQUS軟件對設(shè)計(jì)的復(fù)合材料氣瓶進(jìn)行力學(xué)分析,按照鋁內(nèi)襯全纏繞碳纖維增強(qiáng)復(fù)合氣瓶的基本要求(DOT-CFFC)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證。本文設(shè)計(jì)了兩種不同加載方案,方案二在方案一中已有的工況基礎(chǔ)上增加自緊壓力和零壓力工況,通過對方案一和二的結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證氣瓶制作完成后進(jìn)行自緊處理的必要性�；谧畲髴�(yīng)力準(zhǔn)則和Hashin失效準(zhǔn)則對復(fù)合材料氣瓶的纖維層進(jìn)行校核�；谧畲髴�(yīng)變失效準(zhǔn)則預(yù)測氣瓶發(fā)生爆破的臨界壓力。通過分析,經(jīng)過自緊處理的氣瓶在工作壓力下內(nèi)襯的應(yīng)力水平下降19%,證明為提高氣瓶的使用壽命對氣瓶進(jìn)行自緊處理是十分必要的。自緊處理后氣瓶在各種工況下能夠達(dá)到DOT-CFFC的要求,證明設(shè)計(jì)方案是可行的,能夠用于實(shí)際生產(chǎn)中。當(dāng)自緊壓力為43MPa時,內(nèi)襯的應(yīng)力水平是最低的。基于最大應(yīng)力失效準(zhǔn)則和Hashin失效準(zhǔn)則校核纖維層的安全性,利用最大應(yīng)變失效準(zhǔn)則預(yù)測氣瓶的爆破壓力為125MPa,爆破壓力是工作壓力6倍左右,氣瓶在使用過程中安全系數(shù)較高。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U464.136

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2674715