塑料内衬复合材料储氢气瓶的结构设计及有限元验证
发布时间：2021-07-09 18:08
随着氢能源应用的不断推广与复合材料气瓶技术的日益成熟,氢燃料电池车近年来发展迅速,其核心部件之一储氢气瓶对车的行驶里程有决定性的影响。为追求更高的容重比和储存密度,70MPa塑料内衬复合材料气瓶成为发展的趋势。由于内衬结构的特殊性,塑料内衬复合材料气瓶的结构设计较金属内衬复合材料气瓶难度更大,目前为国内外研究的重点。本论文以70MPa塑料内衬复合材料储氢气瓶为研究对象,基于塑料内衬复合材料气瓶的结构特点和使用要求,完成塑料内衬的结构设计;采用网格理论进行复合材料缠绕层的初步结构设计以及初步强度校核,完成复合材料层的设计;基于ABAQUS软件,采用精细化建模方法,实现封头段缠绕层变厚度变角度建模;对塑料内衬进行缠绕过程中的稳定性分析,对复合材料气瓶进行工作压力、水压以及最小爆破压力下的应力应变分析;依据复合材料渐进失效理论,选用Tsai-Wu失效准则作为判据,提出基于Chang和Camanho的改进退化方式,通过USDFLD子程序实现气瓶加压过程的损伤失效分析;以封头段纤维缠绕层的厚度分布作为目标函数,使用遗传算法对缠绕角度和层数进行优化,根据有限元验证结果选出使气瓶整体力学性能最优的方...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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【参考文献】：
期刊论文
[1]多角度纤维缠绕复合材料圆筒张力设计[J]. 郭凯特,文立华,校金友,张承双,李正道. 固体火箭技术. 2020(04)
[2]碳纤维复合材料压力容器的研究进展[J]. 王婉君,张鹏,贺政豪,谢然,张程祥,李巾锭. 现代化工. 2020(01)
[3]国内外氢燃料电池汽车发展状况与未来展望[J]. 储鑫,周劲松,刘东华,周康宁. 汽车实用技术. 2019(04)
[4]纤维缠绕储氢气瓶及燃料汽车应用现状综述[J]. 秦玉琪,袁奕雯,杨振国. 中国特种设备安全. 2019(02)
[5]干纱缠绕复合材料压力容器的结构设计与强度分析[J]. 陈旦,祖磊,许家忠,刘美军. 玻璃钢/复合材料. 2019(02)
[6]扩孔工艺对复合材料气瓶强度的影响[J]. 刘培启,杨帆,刘岩,古海波,王迪,韩冰. 压力容器. 2018(12)
[7]基于NOL环的高性能纤维与环氧树脂的匹配性研究[J]. 兰总金,祖磊,惠鹏,胡兰馨,吴尘瑾. 玻璃钢/复合材料. 2018(03)
[8]大直径纤维缠绕水容器封头增强研究[J]. 吕广普,刘洪上,杜相荣. 纤维复合材料. 2015(04)
[9]纤维缠绕复合材料气瓶内衬的屈曲分析[J]. 付敏,林松,陈亮,周文龙. 材料科学与工艺. 2015(02)
[10]基于有限元分析的压力容器应力分布研究[J]. 苗浩然,刘晹,赵延平. 新技术新工艺. 2012(07)
硕士论文
[1]纤维缠绕车载CNG气瓶的结构设计及其有限元分析[D]. 元世海.西安理工大学 2016
[2]铝内衬碳纤维全缠绕复合材料气瓶结构分析与优化设计[D]. 周丹.武汉理工大学 2016
[3]碳纤维全缠绕复合气瓶缠绕方式的设计与选择[D]. 缐永兴.北京工业大学 2015
[4]复合材料层合板损伤失效模拟分析[D]. 李伟占.哈尔滨工程大学 2012
[5]全缠绕复合气瓶有限元分析和优化设计[D]. 郑强.武汉理工大学 2008
本文编号：3274230
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?ＨＤＰＥ真实应力－应变曲线??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?ＨＤＰＥ?ｔｒｕｅ?ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ?ｃｕｒｖｅ．??
０？＇?＝?＾＝??????ｘ３６ＣＴ＋４（９０：?＋?ａｒｃｓｉｎ」￣＾?）?（１．７）??己知?Ｖ＝３８Ｘ?１０６ｍｌ，ｒｃ＝５０ｍｍ，ｔ＝７．５ｍｍ，ｔｄ＝?ｍｍ，ａ＝２，代入上式，可得到图?２－２??中芯模转角关于筒身直径的关系曲线：??１２００－ｋ??１０００－?＼??Ｌ＿?＼??Ｉ?＼??Ｇ００－??４００－?、－??????加－１???１???１???１?????＊ＪＯＯ?２５０?３００?３５０?４００??苴抒??图２－２芯模旋转角度与筒身直径的关系??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｍａｎｄｒｅｌ?ｒｏｔａｔｉｏｎ?ａｎｇｌｅ?ａｎｄ?ｂａｒｒｅｌ?ｄｉａｍｅｔｅｒ．??参考气瓶长径比经验要求以及安装于汽车内的使用条件，取筒身直径范围为??２００ｍｍ－３００＿，此时计算得到螺旋向纤维缠绕一个周期，芯模的旋转角度在４６６°??－１２２３°之间，在此范围内，查阅文献中纤维线型表，可得到不同切点数的线型，??根据纤维缠绕时交叉、架空的情况，选择切点数为５、缠绕角度为５０４°的缠绕线型，??此时筒身段直径Ｄ＝２８５ｍｍ，进而计算出筒身段长度Ｌ＝６００ｍｍ，气瓶总长度为７４２ｍｍ。??２．?２．?２．?３?内衬接头设计??依据标准的规定，容器不允许通过成型工艺进行封闭，因此需要在气瓶两端设置??接头，接头的作用一方面为内衬与外部结构的连接，另一方面在缠绕时为纤维提供挂??丝台。从缠绕工艺考虑，接头的轴线应与内衬轴线重合，本文设计的接头结构示意图??如图２－３所示。??雄：??图２－３接头结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｄ
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【参考文献】：
期刊论文
[1]多角度纤维缠绕复合材料圆筒张力设计[J]. 郭凯特,文立华,校金友,张承双,李正道. 固体火箭技术. 2020(04)
[2]碳纤维复合材料压力容器的研究进展[J]. 王婉君,张鹏,贺政豪,谢然,张程祥,李巾锭. 现代化工. 2020(01)
[3]国内外氢燃料电池汽车发展状况与未来展望[J]. 储鑫,周劲松,刘东华,周康宁. 汽车实用技术. 2019(04)
[4]纤维缠绕储氢气瓶及燃料汽车应用现状综述[J]. 秦玉琪,袁奕雯,杨振国. 中国特种设备安全. 2019(02)
[5]干纱缠绕复合材料压力容器的结构设计与强度分析[J]. 陈旦,祖磊,许家忠,刘美军. 玻璃钢/复合材料. 2019(02)
[6]扩孔工艺对复合材料气瓶强度的影响[J]. 刘培启,杨帆,刘岩,古海波,王迪,韩冰. 压力容器. 2018(12)
[7]基于NOL环的高性能纤维与环氧树脂的匹配性研究[J]. 兰总金,祖磊,惠鹏,胡兰馨,吴尘瑾. 玻璃钢/复合材料. 2018(03)
[8]大直径纤维缠绕水容器封头增强研究[J]. 吕广普,刘洪上,杜相荣. 纤维复合材料. 2015(04)
[9]纤维缠绕复合材料气瓶内衬的屈曲分析[J]. 付敏,林松,陈亮,周文龙. 材料科学与工艺. 2015(02)
[10]基于有限元分析的压力容器应力分布研究[J]. 苗浩然,刘晹,赵延平. 新技术新工艺. 2012(07)
硕士论文
[1]纤维缠绕车载CNG气瓶的结构设计及其有限元分析[D]. 元世海.西安理工大学 2016
[2]铝内衬碳纤维全缠绕复合材料气瓶结构分析与优化设计[D]. 周丹.武汉理工大学 2016
[3]碳纤维全缠绕复合气瓶缠绕方式的设计与选择[D]. 缐永兴.北京工业大学 2015
[4]复合材料层合板损伤失效模拟分析[D]. 李伟占.哈尔滨工程大学 2012
[5]全缠绕复合气瓶有限元分析和优化设计[D]. 郑强.武汉理工大学 2008
本文编号：3274230
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