复合材料储氢气瓶的纤维厚度预测与强度分析

摘要：

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.

关键词：纤维缠绕、厚度预测、高精度建模、自紧分析、渐进损伤、复合材料

分类号：TB332(工程材料学)

资助基金：国家自然科学基金项目 ;安徽省重点研究;开发计划项目 ;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目

在线出版日期：2020-06-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：5-11