自紧压力对车用玻璃纤维环向缠绕气瓶疲劳次数的影响研究

运用有限元分析软件,分析了不同的自紧压力对车用玻璃纤维环向缠绕气瓶疲劳次数的影响,采用新的许用应力幅度-循环次数曲线代替JB 4732,对不同自紧压力下的疲劳寿命进行了计算,认为如果不进行自紧处理,无法满足气瓶疲劳试验的要求。     

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。     

自紧影响CNG-2气瓶疲劳寿命的主因探究

利用有限元数值分析,根据欧标EN13445-3-2009相关规定,对自紧影响气瓶疲劳性能的原因和规律进行研究。结果表明:随着自紧压力的增加,气瓶内胆工作压力下拉应力降低,但零压下压应力增加,使得内胆的应力幅基本保持不变,而平均应力降低。另外,依据EN13445-3-2009相关理论,得出应力幅不是自紧改善气瓶疲劳性能的主要原因,平均应力降低才是影响疲劳寿命主因的结论。     

复合材料气瓶的多轴疲劳寿命预测研究

采用等效应变法计算气瓶疲劳寿命的ASME压力容器规范,不能考虑多轴非比例加载效应,具有明显的不足。针对复合材料气瓶,采用修正的Brown-Miller算法研究其多轴低周疲劳寿命,并分析了自紧压力、金属内衬厚度和单层缠绕层厚度对复合材料气瓶疲劳寿命的影响,给出了提高复合材料气瓶疲劳寿命的方法。     

大容积无缝气瓶的疲劳寿命

简述了大容积无缝气瓶的在循环压力下的疲劳寿命应不小于按分析设计标准计算出的疲劳寿命,用有限元模型和应变计测试可简单用来保守估算气瓶的疲劳寿命。     

高压全缠绕复合材料气瓶自紧优化分析

自紧处理能有效提高复合材料气瓶的疲劳性能和纤维利用率。以容积为140L、工作压力为35.0MPa的全缠绕复合材料气瓶为例,对其自紧压力优化方法进行研究,并采用有限元法对全缠绕复合材料气瓶进行自紧分析。结果表明:同时借助DOT-CFFC和ISO-11119标准可实现34.5MPa以上的全缠绕复合材料气瓶自紧压力的优化;经过最佳自紧压力处理后,35.0MPa全缠绕复合材料气瓶在工作载荷工况下内衬的承载能力和复合材料层的纤维利用率分别提高了42.1%和38.7%。     

自紧压力对全缠绕复合气瓶疲劳性能的影响

为了提高天然气汽车的续航里程,设计了30 MPa车用全缠绕压缩天然气气瓶。本文基于有限元软件平台下的复合材料分析模块,研究了不同的自紧压力对采用小角度螺旋缠绕、大角度螺旋缠绕加环向缠绕三种混合缠绕的全缠绕复合气瓶疲劳性能的影响,分析时采用SWT平均应力修正方程对交变应力幅进行了修正。结果表明:对气瓶进行自紧处理,基本不会改变内胆的交变应力幅,但是却可以降低其平均应力;在满足纤维应力比的前提下得出其最佳自紧压力为52 MPa,此时其疲劳循环次数约为15000次。     

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。     

内胆壁厚变化对环缠绕复合气瓶疲劳性能的影响

受气瓶用无缝钢管壁厚偏差影响,环缠绕复合气瓶内胆实际壁厚可能存在0~+30%的变化。内胆实际壁厚变化会影响复合气瓶的自紧效果,从而影响复合气瓶的抗疲劳性能。采用有限元方法对壁厚不同的钢质内胆玻璃纤维环缠绕复合气瓶进行了应力分析。结果表明,随着内胆壁厚增大,相同自紧压力下内胆预压缩应力减小,工作过程中内胆平均应力增大,这会减弱气瓶的抗疲劳性能;但内胆疲劳交变应力幅减小,这对气瓶的抗疲劳性能又有增强作用。因此,分别基于Goodman和SWT平均应力修正方程,对计算所得的平均应力和疲劳交变应力幅进行了等效处理,两种方法所得等效交变应力幅均随内胆壁厚增大而减小。这表明二者的共同作用对环缠绕复合材料气瓶的抗疲劳性能有小幅度的提高,内胆实际壁厚的增大不会降低环缠绕复合气瓶的抗疲劳性能。     

钢丝缠绕复合气瓶的安全设计及有限元分析

针对钢丝缠绕气瓶的应力与应力分布的优化,利用有限元分析软件ANSYS对钢丝缠绕气瓶进行建模。考虑自紧和不自紧两种情况,对气瓶受力进行对比分析,得出自紧可以使得钢丝缠绕复合气瓶的受力得到明显优化。对不同直径的钢丝所缠绕的气瓶进行计算,分别得出了能保证气瓶安全性的缠绕层数,同时对不同直径下的安全缠绕层数进行质量对比,得出用0.35 mm直径的钢丝缠绕9层以后,在20 MPa的工作压力下不仅能保证直径为342.8 mm的气瓶的安全,而且缠绕层的质量相对较轻。     

钢制内胆环缠绕气瓶壁厚设计方法对比分析

由于相关钢制内胆环缠绕气瓶设计制造标准中未明确指定内胆壁厚的设计公式,使得市面上同样规格的环缠绕气瓶内胆壁厚和自紧压力等参数存在一定差异,给监管工作带来不便。首先全面总结了环缠绕气瓶钢制内胆的设计方法,然后根据设计结果建立有限元分析模型,对比分析了不同标准体系设计的气瓶内胆壁厚的差异,以及由于壁厚差异而引起的纤维应力比和自紧压力的变化。结果表明,GB 5099相比于其他两种标准体系内胆设计壁厚偏大,相差约4.35%~6.0%;导致相应的环缠绕气瓶纤维应力比相差3.5%~30.8%,自紧压力的合理范围也存在差异。     

薄壁铝内衬缠绕高压复合材料气瓶的疲劳及爆破性能研究

为研制高结构效率的复合材料气瓶,采用T700碳纤维/环氧树脂体系在薄壁铝金属内衬上缠绕成型复合气瓶,对其进行了水压自紧试验,100次0～36MPa水压疲劳试验以及水压爆破试验,并且采用声发射、应变测试等方法对试验过程进行检测。结果表明,经过水压自紧试验后复合材料气瓶具有较好的疲劳性能,100次疲劳对气瓶的损伤较少,并且经过疲劳后的气瓶爆破压强仍然达到88MPa,具有较高的结构效率。     

CNG复合材料缠绕气瓶自紧压力的优化

面对日益恶化的环境和石油资源的枯竭,使得作为清洁能源应用典型的CNG气瓶的使用逐年增加,CNG汽车在国内逐渐推广使用。CNG-2气瓶由于其质量轻、强度高和安全可靠等优点得到了广泛的应用。使用过程中,CNG气瓶也出现了一些故障和爆炸事故,从而导致气瓶的安全分析和研究越来越受到关注。而自紧则是对气瓶安全的第一道防线,如何选择合适的自紧压力成为重中之重。本文以CNG-2气瓶为研究对象,以ANSYS为分析工具,详细说明了自紧压力的优化过程。     

复合材料储氢气瓶的纤维厚度预测与强度分析

复合材料储氢气瓶因具有较高的比强度、轻质以及耐腐蚀性好等特点,被大量装备于火箭、卫星、新能源汽车和医疗设备等。本文希望通过对复合材料储氢气瓶的理论研究与数值模拟,提供一套快速准确的储氢气瓶设计方法。首先基于网格理论设计了复合材料缠绕层,接着通过三维激光扫描技术对气瓶轮廓进行测量,验证了三次样条封头厚度预测方法的准确性,最后利用Abaqus软件建立了复合材料气瓶高精度有限元模型,研究了自紧对于提高气瓶性能的重要作用,建立渐进损伤模型得到气瓶的爆破压力。结果表明:三次样条法准确预测了气瓶封头上的纤维厚度分布,经过自紧处理后在工作压力下内胆的Mises应力显著降低,得到了最佳自紧压力取值范围为36.3 MPa～42.5 MPa。渐进损伤结果显示气瓶发生了纤维和基体破坏,最终爆破压强达到了69.5 MPa,满足设计要求。研究成果对复合材料储氢气瓶的设计制造具有重要的意义。     

混杂纤维CNG2气瓶有限元分析及疲劳寿命预测

推广燃气汽车对于雾霾治理和综合利用清洁能源具有重要意义。在建立碳/玻混杂纤维CNG2气瓶有限元模型的基础上,分析了内胆及纤维层在未经预紧和经过预紧两种情况下的应力差异,通过提取内胆筒体段危险点在载荷历程中的名义应力强度,计算了低周疲劳载荷作用下的局部应力应变,结合Manson-Coffin公式计算得到疲劳寿命。计算结果表明,未经预紧情况下,碳纤维的混入可以使气瓶的疲劳寿命提高7%,同时改善内胆局部应力集中,而经过预紧工艺的混杂纤维气瓶的疲劳寿命则进一步提高19%。     

复合材料气瓶漏点定位分析研究

某复合材料气瓶在疲劳试验中远低于平均疲劳寿命时即发生漏水,通过对复合材料气瓶整体损伤研究、异常区泄漏判定研究及微观分析,定位了漏水部位并对低疲劳寿命原因进行了分析.结果表明:内衬在制造过程中产生的微小凹坑缺陷是导致复合材料气瓶低疲劳寿命的原因,在疲劳试验中,凹坑缺陷作为疲劳裂纹源,产生应力集中,引发裂纹扩展,最终形成穿透性裂纹,导致复合材料气瓶提前泄漏.     

在役压力气瓶和容器的超载处理

就液化石油气钢瓶和溶解乙炔气瓶壳体的超载水压试验作了介绍。超载技术的应用着眼于使在役压力气瓶或压力容器的安全性和疲劳寿命有所提高。     

1000m3氧气球罐应力分析设计

介绍了1000d氧气球罐的应力分析设计,分别对球罐整体及其上下极开孔结构压力试验工况、操作工况、地震工况和压力波动疲劳工况的应力进行了有限元分析,对其应力进行强度和疲劳寿命评定校核。     

全复合材料车用天然气气瓶使用寿命的计算与分析

本文在系统地研究了一些使用因素对某型车用天然气气瓶强度影响的基础上,利用损伤理论进行了全复合材料车用天然气气瓶使用寿命的计算与分析.首先系统地阐述了基于疲劳损伤理论的气瓶寿命的计算方法;再根据车用全复合材料天然气气瓶在使用过程中的一些因素对气瓶强度的影响进行了探讨;最后在某型车用气瓶强度分析的基础上依据损伤理论以及计算方法给出了该型气瓶的使用寿命情况,同时也系统地分析了一些使用因素对气瓶寿命的影响.该计算方法与分析过程可以为车用天然气气瓶的安全使用以及检测提供理论基础和依据.     

大容积钢质内胆环向缠绕气瓶的设计与应力分析

根据ISO 11515:2013标准,对大容积钢质内胆环向缠绕气瓶进行了设计,并论述了其与常规CNG环向缠绕气瓶的区别。采用有限元分析软件对设计进行了验证,根据有限元计算结果对其疲劳性能进行了预测。分析认为,该设计完全满足ISO 11515:2013对大容积钢质内胆环向缠绕气瓶的要求。