两种不同铝内衬碳纤维缠绕复合材料气瓶受力状况的对比分析

基于复合材料层合板弹塑性分析理论,参考DOT CFFC《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》标准,利用网格理论设计了容积70L的铝内衬碳纤维缠绕复合气瓶。在相同的预紧力和工作压力下,研究对比分析了两种不同型号铝合金6061和7075作为内衬的气瓶的受力状况。结果表明,铝合金6061作为内衬时,其内衬应力水平分布比较均匀,可以更好地发挥外缠碳纤维的高强度特性,且价格经济实惠,较7075更适合作为复合材料气瓶的内衬材料。     

金属内衬碳纤维全缠绕气瓶的有限元分析

本文通过有限元的分析方法,对具有铝合金内衬的碳纤维全缠绕复合材料气瓶的结构进行了剖析,建立了较为合理的复合材料气瓶有限元模型,对气瓶模型的基本建模分析过程进行了阐述和研究。采用ANSYS参数化编程语言(APDL)对复合材料气瓶进行参数化建模,参考美国制定的DOT-CFFC标准《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》,对公称工作压力、试验压力和最小爆破压力下的碳纤维缠绕铺层和铝合金内衬的各向应力分布进行了数值模拟和计算,并预测了复合材料气瓶的实际爆破压强。     

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。     

薄壁铝内衬芳纶缠绕高压气瓶的研制

本文对薄壁铝内衬芳纶纤维缠绕复合材料高压气瓶的设计、工艺制作、试验进行了研究，针对芳纶复合材料低层间剪切强度、易吸潮及高温条件下强度损失大的特点，研究一种高层间剪切强度、耐高温的树脂体系，并对该树脂体系的工艺进行研究，并进行了大量的试验验证，从而得出芳纶纤维缠绕金属内衬复合材料高压气瓶的设计方法和工艺制作方法。同时对金属内衬复合材料高压气瓶的疲劳和早期渗漏进行研究。     

38升铝内衬玻璃钢气瓶充灌一氧化碳气体会议在上海市召开

上海市轻工业局于1977年在上海第五皮鞋厂召开了38升铝内衬玻璃钢气瓶充灌一氧化碳气体会议。会议就该厂生产的38立升铝内衬玻璃钢气瓶充灌CO以来的情况作了介绍,并对充灌CO的气瓶作了现场爆破试验(表1)和实物解剖分析,中国科学院上海冶金研究所的同志介绍了内衬铝的应力腐蚀试验情况。会议认为: 1.根据应力腐蚀测试和实物解剖分析,铝内衬玻璃钢气瓶可以充灌CO(充灌CO的成     

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)。     

全缠绕复合气瓶ANSYS参数化结构分析

复合材料气瓶逐渐取代钢制气瓶并得到越来越广泛的应用。本文介绍了全缠绕复合气瓶的ANSYS参数化设计过程。使用ANSYS提供的APDL参数设计语言编制复合气瓶及其内衬铝胆的建模和分析程序,并且借助于VC++开发出友好的可视化用户界面,通过在设计的对话框中修改复合气瓶相应的设计参数而实现系列产品的设计与分析,从而形成了复合气瓶专用的有限元分析软件。     

受内压复合材料压力容器最佳预紧力有限元分析

本文利用大型通用有限元分析软件ANSYS对受内压作用的碳纤维缠绕压力容器进行应力数值分析。结果表明,对压力容器施加预紧压力后,会使复合压力容器的内衬在工作压力下的应力显著降低,且应力分布趋于均匀,碳纤维材料的利用率得到提高,有效提高了复合材料压力容器的疲劳寿命。     

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…     

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%。     

复合材料球形气瓶非测地线缠绕线型设计和强度分析

碳纤维复合材料球形气瓶因其较高的比强度、比刚度和抗疲劳性,被广泛应用于航空航天及民用工业领域。基于微分几何理论,推导出满足球形气瓶缠绕基本原理的落纱点轨迹方程,给出缠绕线型轨迹和缠绕角应该满足的稳定缠绕条件,并对缠绕轨迹进行仿真。考虑球壳的变曲率特点,针对球形气瓶缠绕层进行变厚度、变角度的精细化有限元建模,对工作压力下的气瓶内衬和缠绕层各向应力分布进行数值模拟和分析,并预测了气瓶的爆破压强。结果表明,优化设计得到的缠绕线型参数既能满足缠绕工艺的基本要求,又有效提高了球形气瓶的结构力学性能。研究成果对复合材料球形压力容器的设计制造具有重要的意义。     

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。     

薄壁钢内衬CF圆筒承压性能仿真及水压爆破试验

针对含薄壁钢内衬的碳纤维缠绕圆筒典型结构,建立三维有限元模型,采用温度参数法逐层计算内衬剩余应力,并预测其承压性能;基于水压爆破试验,研究了多缠绕角下缠绕张力、不同碳纤维等级对钢内衬及复合材料圆筒承压能力的影响,并结合钢内衬的声发射振铃计数特征判别载荷屈服点。试验结果表明,含薄壁钢内衬的碳纤维缠绕圆筒的最佳缠绕张力为75 N左右,T700,T300两种强度碳纤维复合圆管的钢内衬最大屈服载荷基本相同。     

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.     

自动变形气塞压力成型多层管材技术

采用自行设计的自动变形气塞定型装置生产了多层复合管材，调节自动气塞压力与成型压力的比值控制制品的质量。通过对管材内、外壁质量以及气塞使用寿命的对比发现，当调节自动气塞压力与成型压力的比值为1．25时，管材的内应力最小，内外壁光滑且平整，气塞的寿命最长，达到了700h。同时对自动变形气塞成型与真空定型法相比所具有的优点进行了分析，采用自动变形气塞生产管材不仅可以节省费用，而且可以将爆破压力提高0．3MPa。     

热载荷对冷拔20/316L复合管结合强度影响的数值模拟及试验研究

为了探讨热载荷对冷拔20/316L双金属复合管内、外管间结合强度即残余接触压力的影响,运用有限元分析软件ABAQUS6.5模拟研究了复合管的拉拔成型过程,并通过重启动分析模拟了热加载、卸载时复合管应力状态及残余接触压力的变化,分析了不同温度对冷拔20/316L复合管残余接触压力的影响。结果表明,300℃是衬管发生弹性与塑性变形的临界温度,350℃是基管与衬管发生脱离的起始温度。最后通过复合管拉拔试样的热载荷试验,验证了数值模拟的正确性。     

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。     

复合材料压力容器自紧后残余变形研究及有限元分析

研究复合材料压力容器自紧加卸载过程中的轴向残余变形趋势,揭示复合材料压力容器轴向残余变形机理与成因,对合理控制复合材料压力容器自紧过程中的尺寸稳定性具有重要研究和应用意义。主要针对碳纤维缠绕钛内衬压力容器自紧后出现的残余变形现象展开实验研究和有限元分析。结果表明,自紧加卸载后,钛内衬发生了塑性残余变形,为保证封头曲线的连续协调性,封头内衬向内凹陷,容器在轴向产生缩短变形趋势。此外,钛内衬材料屈服强度变化是容器轴向残余变形的显著影响因素,随着钛内衬材料屈服强度的增加,复合材料压力容器轴向残余变形量(缩短)减小,有限元分析结果和实验预测具有很好的一致性。     

Fatigue damage in composite cylinders

In this study, optimal angle‐ply orientation of symmetric composite cylinders under fatigue loading is investigated. The fiber‐reinforced plastic cylinders were manufactured from E‐glass/epoxy. The layers were manufactured symmetrically in [±75°]₂, [±60°]₂, [±55°]₂, and [±45°]₂ orientations. Burst pressure of filament‐wound composite cylinders under alternating pure internal pressure was measured experimentally. Internal fatigue pressure testing method was applied to the composite cylinders in close‐ended condition. For this study, a PLC controlled hydraulic pressure testing machine has been employed. The static burst pressure values of specimens were measured; subsequently, fatigue test pressure was applied in 70, 60, and 50% stress levels of burst pressure for each orientation. Damage propagations of the composite cylinders on these stress levels were observed as whitening, leakage, and final failure for [±60°]₂, [±55°]₂, and orientations. When the damage propagation of [±75°]₂ angle‐ply cylinder was observed, whitening and leakage did not occur and final failure occurred suddenly. Stress‐cycle curves obtained from the tests are given in graphics. Experimental results reveal that variation in stress levels and the winding angles have considerable effects on final failure cycles, which is also presented graphically. The optimum winding angle for the composite pressure cylinders or vessels under internal fatigue pressure load was obtained as [±45°]₂ orientation. POLYM. COMPOS., 2010. © 2009 Society of Plastics Engineers