缠绕张力对薄壁金属内衬复合材料气瓶性能影响

通过薄壁金属内衬的外压强度试验、不同缠绕张力NOL环以及复合材料气瓶的力学性能试验,采用声发射的检测方法研究缠绕张力对薄壁金属内衬复合材料气瓶的疲劳以及爆破性能的影响。结果表明,薄壁金属内衬的外压强度较小,缠绕张力对复合气瓶的疲劳以及爆破性能影响较大,采用声发射信号以及气瓶的性能试验研究可以指导制定最优化的缠绕张力制度。     

纤维缠绕气瓶用金属内衬与塑料内衬的优缺点比较

自1977年以来，纤维缠绕复合材料制作的气瓶已广泛用于存储压力在150bar以上，有严格重量要求的压缩气体存储中。比如自救呼吸装置及应用大然气的汽车工业中。传统上复合材料气瓶使用金属内村，外面用高强纤维复合材料缠绕制成。人们一直关心的是如何减轻复合材料气瓶的重量并降低成本，因而在开发塑料内村方面作了很多L作。本文中对锅内村和塑料内村的优缺点作为比较介绍一卜，供参考：l铝内衬的优势纤维缠绕复合材料气瓶用的铝内衬代表着一种稳定的技术，这一技术已被证明有20多年了，而且已有300多万气瓶在安全的使用着。①标准的复合材…     

薄壁金属内衬复合气瓶自紧压力的有限元分析及性能研究

本文研究自紧压力对薄壁金属内衬复合材料气瓶性能的影响规律。采用有限元分析方法对气瓶的自紧过程进行数值模拟,缠绕成型复合材料气瓶,进行水压疲劳及爆破试验验证,并在试验过程中引入声发射监测。试验及分析结果表明,自紧压力对薄壁金属内衬复合材料气瓶的疲劳及爆破性能影响较大,自紧压力过大会使得气瓶复材层出现树脂开裂、纤维断裂等损伤,导致复合气瓶爆破强度值下降。疲劳试验结果表明,自紧压力过大容易导致薄壁内衬提前进入屈服状态,降低疲劳寿命。针对薄壁金属内衬复合材料气瓶,其自紧压力的选取必须充分考虑金属内衬在自紧及工作过程中的应力值,使其在合理区间。     

复合材料压缩天然气(CNG)气瓶应用研究(下)

５美国“ＣＮＧ车辆燃料罐的基本要 求”国家标准简介 美国国标规定的４种材质的气瓶为 ＮＢＶ２－１金属 ＮＧＶ２．２金属内衬,环向纤维缠绕 ＮＧＶ２－３金属内衬,整体纤维缠绕 ＮＧＶ２．４非金属内衬,整体纤维缠绕 容量：水容量不超过１０００Ｌ 工作压力：至少１６．５ＭＰａ 不超过３０ＭＰａ 材料设计温度：所有结构材料都能在－４０℃至８２Ｔ温度范围工作。 增强材料：Ｅ、Ｓ级玻纤、芳族聚酸胺纤维或碳纤维。 树脂系统：环氧、改性环氧、聚酯、乙烯基酯或热塑性塑料,取复合材料缠绕件试验并经２４小时水煮,而且应具有最低１…     

复合材料天然气气瓶预紧压力的研究

本文针对铝内衬全缠绕复合材料天然气气瓶,应用ALGOR FEAS有限元分析系统进行了气瓶材料的弹塑性历程分析,设计了气瓶的预紧压力。采用轴对称的应力－应变关系对气瓶金属内衬、复合材料进行了应力分析,确定了气瓶的应力分布状态。研究表明,通过预紧压力设计,降低了铝内衬工作状态下的最大拉应力,实现了提高复合材料气瓶疲劳寿命的目的。     

几种纤维复合材料压力容器的性能对比研究

本文对玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维三种常用的增强材料及其增强的薄壁金属内衬复合材料压力容器进行了对比研究，研究了三种纤维复合材料的特性、不同纤维增强的金属内衬压力容器的设计方法、每种纤维的工艺特性，研制出各种纤维增强的金属内衬压力容器，并进行了试验对比分析。     

固定式燃料电池储氢气瓶的研制

以固定式燃料电池储氢气瓶的广泛应用为背景,对12L碳纤维全缠绕储氢气瓶的开发进行了研究。本文对CYD-128树脂浇铸体的拉伸性能进行了测试,同时开展了T700-12K/CYD-128复合材料NOL环的层间剪切试验。在此基础上,利用商业CADWIND软件,根据气瓶的技术指标对其进行了碳纤维的缠绕铺层设计,并利用ANSYS有限元应力分析,以对复合材料气瓶的缠绕工艺方案进行验证。根据设计的线型完成35 MPa高压储氢气瓶的缠绕,各项指标均满足使用要求。     

碳纤维／环氧树脂在橡胶内衬表面的全缠绕工艺设计

根据橡胶内衬碳纤维全缠绕压力气瓶的技术指标,依据网格理论对缠绕层和缠绕张力进行详细的理论设计计算,确定缠绕参数和工艺.选用的环氧树脂体系力学性能优异,其黏度满足缠绕成型工艺要求,同时复合材料NOL环的断面形貌表明该树脂体系与T800碳纤维界面结合良好.对缠绕成型的压力气瓶进行试验,检测表明.水压爆破试验和疲劳试验结果均满足复合材料气瓶的设计要求.     

纤维缠绕车载CNG气瓶的结构设计及其有限元分析

根据薄膜理论分析了气瓶封头的椭球比对气瓶强度和稳定性的影响,依据网格理论,结合气瓶容积、使用空间以及实际生产工艺等约束条件,确定了气瓶的内衬几何尺寸、纤维缠绕层的纤维厚度和缠绕角度。最后利用ANSYS中的参数化设计语言(APDL),分别对各种工况下的强度、稳定性进行了仿真模拟和数值计算分析。结果表明,设计的70L纤维缠绕车载CNG气瓶的强度、稳定性满足铝内衬全缠绕碳纤维增强复合材料气瓶的基本要求(DOT-CFFC)。     

芳纶纤维/AFR树脂复合材料界面粘结性能的研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,以未经任何表面处理的芳纶纤维作增强材料,制备了芳纶纤维/AFR复合材料。采用测定表面能、接触角、层间剪切强度、横向拉伸性能和扫描电镜观察形貌等方法,从宏观和微观等方面研究了芳纶纤维/AFR复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR树脂与芳纶纤维有相近的表面能,AFR树脂溶液与芳纶纤维的接触角为42.8°,而环氧树脂(EP)与芳纶纤维的接触角为68°,说明AFR树脂对芳纶纤维的润湿性优于EP树脂;芳纶/AFR复合材料的层间剪切强度、横向拉伸强度和纵向拉伸强度分别为74.64MPa、25.34MPa和2256MPa,比芳纶/EP复合材料的相应强度分别提高了28.7%、32.5%和13.4%,其复合材料破坏面的形貌也说明芳纶纤维与AFR树脂之间的界面粘结性能较好。     

FWRP压力容器的可靠性设计研究

纤维缠绕聚合物基复合材料(FWRP)压力容器在航空航天及民用领域的应用是当前研究热点。减轻结构重量对于性能和成本都具有非常重要意义。为实现FWRP压力容器结构设计和安全评定的高目标,引入可靠性理论,应用统计学原理,基于应力-强度干涉模型,以同一失效概率为标准进行FWRP压力容器结构设计,以取代现应用的传统安全系数法设计。采用无碱无捻玻璃纤维-环氧树脂材料体系,应用同一缠绕工艺制备8个压力容器。试验得到纤维强度、缠绕角、几何尺寸、爆破压力等随机变量特征值。其结构可靠性设计值(纤维缠绕壁厚)与试验结果基本吻合,并显著小于常规设计值。将各设计变量随机分布特征值与压力容器结构设计相结合,实现安全与经济的有效统一,为可靠性设计在FWRP压力容器上的应用与发展提供了依据。     

CNG-2环向缠绕气瓶纤维缠绕残余预应力的优化设计

复合材料气瓶压力容器的纤维缠绕预应力对容器的性能有很大的影响,合理设计纤维预应力可提高复合材料容器的综合性能。借助ANSYS有限元软件,建立了带有纤维缠绕残余预应力的环向缠绕气瓶的有限元参数化模型。在模型中,将纤维缠绕层视为复合材料层合板。按照GB 24160—2009《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》的规定,并结合各工况下应力水平的要求建立数学模型,对环向缠绕气瓶的纤维缠绕残余预应力进行优化,得到纤维缠绕残余预应力的最优值,使内胆在工作压力下有较低的应力水平,提高了气瓶的可靠性。     

低速冲击下含金属内衬的纤维缠绕容器损伤特征

本文基于低速冲击动力学理论和复合材料层合结构损伤破坏准则,采用以不协调模式的八节点块三维有限单元法,研究了在空载和满载下含金属内衬的纤维缠绕容器在冲击下的力学行为,并预测了其冲击损伤分布。在分析中应用修正的Hertzian接触法则来计算在冲击载荷下冲击体和缠绕结构之间的接触力;在时域中采用Newm ark方法求解。通过典型数例研究结果表明,在相同能量的冲击载荷作用下,满载(内压)下的纤维缠绕容器较空载容器更易发生基体开裂和分层破坏。     

Kevlar 49 composite performance: Dependence on thermoset resin microstructure

Molecular structures for cured, thermoset resins have been examined by analyses of resin extracts by gel permeation chromatography. Numerical interpretation of leached oligomeric fractions coupled with kinetic reaction theory yields microscopic estimates of the network's structure, including crosslink average molecular weight. Leached monomeric fractions describe extent of cure. Analyses of test data incorporate irreversible, mechanical deformations for neat resin castings and for filament wound, Kevlar 49 composites. Heat distortion temperatures correlate with crosslink architecture. Short beam shear strength data for naval ordinance laboratory rings and pressure vessel burst performance are examined in terms of the resin's molecular structure. Variations in resin cure observed by positive feedback via chromatography indicate fluctuations in extent of crosslink development. Test specimen performance correlates with these microscopic, molecular distributions. Resin applications include filament wound composites for the aerospace industry, anhydride cured epoxies, and amine cured epoxies. The former resin is an elastic body at ambient test conditions. A third resin, a crosslinked resin of 1,2 polybutadiene/t-butylstyrene, is in final developmental stages and may exhibit a higher degree of viscoelastic behavior.     

纤维缠绕压力容器最佳预应力与缠绕张力关系研究

为提高纤维缠绕压力容器的结构效率,对压力容器纤维缠绕预应力及其内衬形式之间的关系进行了研究,应用压力容器设计的弹性及半弹性分析方法,推导出纤维缠绕张力及其界面最佳预应力之间关系的表达式。     

改性氰酸酯纤维缠绕工艺研究

本文采用环氧树脂改性氰酸酯树脂,研究出适用于纤维湿法缠绕的低粘度并具有较高耐热性能的改性树脂体系。通过试验研究确定了树脂体系的纤维湿法缠绕工艺,对改性树脂与碳纤维复合材料的力学性能进行了研究,并进行了标准容器爆破试验。研究结果表明：改性氰酸酯树脂体系的粘度小（420mPa·S,25℃）,并具有较长使用期（30小时以上）,完全适用于湿法缠绕工艺。使用改性氰酸酯体系缠绕的标准容器,其纤维方向复合材料性能相当于环氧树脂体系缠绕的容器,并且具有较高的玻璃化转变温度（Tg=232℃）,与现有的环氧树脂体系相比,玻璃化转变温度提高了30％～40％。     

碳纤维复合材料压力容器的透声性能研究

以环氧树脂为基体材料,分别以S2高强玻璃纤维和T700碳纤维为增强材料,采用缠绕成型工艺,制备了玻璃纤维复合材料（GFRP）透声试件和碳纤维复合材料（CFRP）透声试件;测试了试件的透声性能,为成功研制碳纤维复合材料透声压力容器提供依据。结果表明：CFRP的透声性能和力学性能远远优于GFRP;内衬层对容器的透声性能影响不大;研制的碳纤维透声压力容器达到了满意的透声效果。     

水处理容器缠绕壳体用不饱和聚酯研究

研究了环保水处理容器缠绕壳体基体不饱和聚酯树脂。重点阐述了不饱和聚酯凝胶期控制、表干及树脂增韧方法和纤维缠绕复合层的力学性能。分析了水处理容器受较高压力时树脂环向开裂的原因 ,探讨了提高树脂开裂强度的措施     

不锈钢内衬纤维复合材料球形高压容器研制

采用高强芳纶Ⅱ和凯芙拉-49纤维及不锈钢内衬,研制出小型球形环氧树脂基纤维复合材料压力容器。主要介绍了容器的结构材料、设计、试验方法。通过容器的密封性检验及贮存前后的液压爆破试验,结果表明,容器的设计是成功的,满足了设计使用要求。与同类钢制压力容器相比,在内径、外径、工作压力、安全系数相同情况下,该复合材料容器质量可减轻60%以上,漏率小于1×10-8Pa.m3/s,且贮存3年后爆破压力不会下降并略有提高。     

环保水容器缠绕壳体用低成本UPR研究

本文研究了环保水处理容器缠绕壳体用基体低成本不饱和聚酯树脂配方，重点阐述了不饱和聚酯凝胶期控制、表干、引发剂用量、树脂选择及增韧方法和纤维缠绕复合层的力学性能。结果表明，该树脂基体价格低、韧性高，与玻璃纤维界面粘结好，所制的复合材料壳体纤维强度转化率较高。