车用玄武岩纤维增强35 MPa复合材料气瓶的设计、承压模拟与实验

作     者：顾涵 李明 何太碧 郭永智 赵冠熹 韩锐 汪霞 Gu Han;Li Ming;He Taibi;Guo Yongzhi;Zhao Guanxi;Han Rui;Wang Xia

作者机构：西华大学材料科学与工程学院四川成都610039 西华大学汽车与交通学院四川成都610039 中材科技(成都)有限公司四川成都611435 

基　　金：四川省科技计划项目资助(2020ZDZX0029) 四川西华科技园管理有限责任公司创新团队项目(TD2019003) 成都市科技人才创新创业项目(2021-RC03-00024-CG) 

出 版 物：《西部特种设备》 (Western Special Equipment)

年 卷 期：2023年第6卷第1期

页      码：8-20页

摘      要：采用纤维缠绕增强制备35 MPa级轻质压缩天然气(CNG)储气瓶,对增加CNG汽车的行驶里程有重要意义。本文采用耐磨损、耐腐蚀、生产过程无污染的玄武岩纤维作为缠绕增强体,设计制备工作压力为35 MPa的复合材料气瓶。基于Tsai-Wu和Von-Mises准则,对复合材料气瓶缠绕层和铝合金内衬的应力和形变进行有限元模拟分析,结果表明:35 MPa工作压力下,内衬筒身段与过渡区的内应力高于封头段,而位于筒身段的环向缠绕层所受最大应力始终高于螺旋缠绕层;对气瓶在DOT-CFFC规定的范围内线性增压,复合气瓶的内衬、缠绕层和整体的轴向和径向位移均单调增加,且轴向位移的增量大于径向位移,并在此过程中出现一个与纤维层损伤有关的拐点,最终导致所设计的气瓶在128 MPa的理论压力下于筒身段发生瞬时破坏。进一步对设计和模拟结果进行实验验证发现,在59 MPa水压试验压力下,气瓶保压60 s内未发生泄漏,内衬残余应力为260.94 MPa。在水压爆破试验中,测得气瓶的爆破压力为120 MPa,与模拟值接近,且符合DOT-CFFC要求。

主 题 词：35MPa 缠绕增强气瓶 数值模拟 承压实验 

学科分类：080503[080503] 08[工学] 0805[工学-能源动力学] 0802[工学-机械学] 080201[080201] 

馆 藏 号：203121256...