金属内衬纤维缠绕复合气瓶自紧压力优化

为了达到提高承载能力和疲劳寿命的目的,往往在气瓶固化之后水压试验之前,对气瓶进行自紧处理。本文以市场上常见的钢制内胆E玻璃纤维复合气瓶为研究对象,采用Ansys有限元分析软件,建立各向同性金属材料和各向异性复合材料层的有限元分析模型,分析了自紧压力变化对气瓶应力和疲劳寿命的影响,最后确定气瓶最佳自紧压力。     

钢质内胆玻璃纤维环缠绕气瓶内胆强度计算分析

介绍了钢质内胆玻璃纤维环缠绕气瓶的应用、特点及主要材料的相关状况,描述了产品标准的采用情况和目前设计计算中通常采用的方法,阐述了内胆强度计算在环缠绕气瓶强度计算中的重要性;通过对内胆及纤维的受力分析,确定了在环缠绕气瓶爆破压力下内胆和纤维的应力状态以及环缠绕气瓶的爆破形式,并依据内胆材料的应力-应变曲线,提出了内胆强度的具体计算方法。     

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。     

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。     

玻-碳纤维复合材料气瓶疲劳性能研究及优化分析

混杂纤维复合材料具有单一增强纤维复合材料不具备的优异性能。以100 L的CNG-2型气瓶为例,将纤维混杂法技术应用于复合材料气瓶,并采用有限元法对玻-碳纤维复合材料气瓶疲劳性能进行研究及优化。结果表明:在当量厚度比一定的基础上,能使复合材料气瓶疲劳性能和纤维利用率得到提高的最佳混杂比为2∶5,提高其爆破压力的最佳混杂比为5∶8;通过优化,气瓶复合材料层的体积减少了30.3%,质量减少了36.3%。     

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。     

变截面纤维增强塑料梁结构的疲劳寿命分析方法

研究了一种变截面纤维增强塑料梁结构在风载、惯性作用等综合载荷作用下的疲劳寿命分析方法。MW级水平轴风机叶片是一种典型的变截面纤维增强塑料悬臂梁结构,其外载荷按照IEC61400的相关规定和GL(Germanisher Lloyd)规范,利用GH bladed软件对风力机的疲劳工况进行设定和载荷计算并获得疲劳载荷谱。为了解决沿展长和时间不断变化的载荷对求解带来的困难,通过有限元方法获得梁结构任意截面上各点的应力转换矩阵。应力转换矩阵可将无规律的疲劳载荷谱转换为各应力分量的应力谱,通过将应力谱利用雨流计数法进行统计,再根据材料的疲劳S-N曲线和Miner线性损伤叠加原理,即可得到梁结构上任意点的疲劳损伤和疲劳寿命。通过简单算例与商业软件FOCUS的计算结果对比,该方法能更方便地得到任意位置处、任意截面上的多轴向纤维增强塑料结构的疲劳性能,并且表明该有限元-应力转换矩阵方法对于评估变截面的纤维增强塑料梁结构在随机载荷作用下的疲劳性能是一种高效且可靠的方法。     

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。     

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。     

大掺量矿物掺合料纤维增强轻骨料混凝土的抗疲劳性能

为研究纤维增强轻骨料混凝土抗疲劳性能，开展了恒应力循环压缩试验，对疲劳应力-应变响应进行了研究。试验采用质量分数为20%的粉煤灰和50%的粒化高炉矿渣部分替代水泥，变量为单掺或混掺不同掺量的钢纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维。结果表明：随着循环加载次数的增加，钢纤维混凝土的宏观裂纹数量比PVA纤维混凝土多，试件的破坏形态表现为轻骨料的破裂和纤维的渐进拔出(钢纤维)或断裂(PVA纤维);钢纤维混凝土的疲劳应变及残余应变均最大，而混杂纤维混凝土的最小；在同一应力水平下，混杂纤维混凝土的疲劳寿命最长，而钢纤维混凝土的最短；钢纤维混凝土的极限疲劳损伤高于PVA纤维混凝土和混杂纤维混凝土，且随最大应力水平的降低，该差异逐渐缩小。     

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%。     

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。     

压力容器焊接接头疲劳裂纹萌生寿命的探讨

本文对16MnR焊接接头进行了控制应变幅条件下的疲劳试验，获得其疲劳特性参数以及恒变变愠载荷下的疲劳－寿命关系，建立了焊接接头低周疲劳寿命曲线方程，并将试验结果同局部应力应变法计算的结晶进行了比较，为该焊接接头应变疲劳提供了理论依据。     

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。     

压力容器焊接接头疲劳裂纹萌生寿命的探讨

对 1 6Mn R焊接接头进行了控制应变幅条件下的疲劳试验 ,获得其疲劳特性参数以及恒应变幅载荷下的疲劳—寿命关系 ,建立了焊接接头低周疲劳寿命曲线方程 ,并将试验结果同局部应力应变法计算的结果进行了比较 ,为该焊接接头应变疲劳研究提供了理论依据     

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。     

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。     

基于ANSYS/FE SAFE的无人机复合材料机翼疲劳分析

 计算了某无人机复合材料机翼的静强度,使用局部应力 应变疲劳分析理论,基于正弦载荷激励,按照累积损伤理论和雨流计数法则,应用ANSYS/FE SAFE软件,分析了此无人机机翼的疲劳寿命,为复合材料机翼疲劳分析提供了新的分析途径。     

基于ANSYS/FE-SAFE的无人机复合材料机翼疲劳分析

计算了某无人机复合材料机翼的静强度,使用局部应力-应变疲劳分析理论,基于正弦载荷激励,按照累积损伤理论和雨流计数法则,应用ANSYS/FE-SAFE软件,分析了此无人机机翼的疲劳寿命,为复合材料机翼疲劳分析提供了新的分析途径.