【摘要】：復(fù)合材料氣瓶在搬運,裝卸以及使用過程中,會受到意外撞擊或跌落,這種撞擊或跌落對氣瓶的影響,可能會導(dǎo)致氣瓶在使用中出現(xiàn)泄露和破壞,為了保證氣瓶安全使用,對復(fù)合材料氣瓶沖擊性能的研究一直是該系列產(chǎn)品的一個重要課題。本文綜合運用理論分析,有限元仿真計算并結(jié)合實驗針對復(fù)合材料氣瓶作了沖擊力學(xué)性能研究。 本文用有限元分析軟件ANSYS中的LS-DYNA分別對復(fù)合材料氣瓶以及鋁膽做了跌落仿真分析,跌落方式分別為垂直、水平和45度角方向,跌落速度依次取為3m/s、4m/s和5m/s。跌落又分為不加內(nèi)壓、加1MPa內(nèi)壓到3MPa內(nèi)壓幾種情況。由仿真計算得出氣瓶在不同條件下所受到?jīng)_擊力的大小,內(nèi)部各點在沖擊過程中應(yīng)力的變化情況,確定出在各種情況下受力最大點(即危險點)的位置,同時,也得出氣瓶在沖擊過程中速度、加速度變化、能量變化、結(jié)構(gòu)形狀變化以及沖擊力作用時間等結(jié)果。 仿真結(jié)果表明跌落沖擊作用時間短,作用力變化范圍大針對這些特點,參照仿真計算結(jié)果,本文設(shè)計了一套跌落實驗方案,搭建了實驗平臺,在氣瓶的危險點位置布置應(yīng)變片,選擇合適的采樣頻率,以大理石模擬地面,懸掛到與跌落仿真計算同樣的高度做自由落體,用動態(tài)應(yīng)變儀和信號采集處理分析儀等儀器采集、記錄實驗數(shù)據(jù)。另外,采用敲擊錘對氣瓶沿軸向與壞線方向還作了敲擊實驗。通過實驗,檢驗了仿真計算模型的準(zhǔn)確性,也更真實的反映出氣瓶沖擊響應(yīng)機理,為理論分析提供了可靠依據(jù)。 本文通過理論分析、仿真計算和實驗,最后對提高復(fù)合材料氣瓶耐撞性能設(shè)計提出幾點建議,幾何特征方面,對封口處進(jìn)行加厚處理,以減少應(yīng)力集中的影響;結(jié)構(gòu)特征方面,保證復(fù)合材料厚度與鋁膽厚度之比在一個合適的范圍內(nèi);此外,纖維的纏繞角度以縱環(huán)向同時加強為佳。
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TH49
【圖文】：

節(jié)約油耗，近年來開發(fā)了鋁內(nèi)襯環(huán)向增強復(fù)合材料氣瓶。這種氣瓶的重量降，安全性提高;由于內(nèi)襯重量減輕，對材料、熱處理、工藝、氣瓶的設(shè)計及強化技都要求較高，又由于復(fù)合材料的彈性模量和鋁內(nèi)襯的彈性模量相差較大，為使在疲勞程中兩種材料的變形相匹配，就需要對氣瓶結(jié)構(gòu)、形狀進(jìn)行精心設(shè)計，對其制造工藝認(rèn)真分析并采用適當(dāng)?shù)挠邢拊治龊推谀M等虛擬制造技術(shù)。而由于需要張力纏，其纏繞設(shè)備亦應(yīng)具備計算機控制系統(tǒng)和優(yōu)化功能，因此這類產(chǎn)品兼顧了鋼內(nèi)襯的可性、密封性和高強度、高韌性的優(yōu)點，其設(shè)計、制造和制造所用的設(shè)備都溶入了許技術(shù)，而賦予了這一高壓容器重量輕、安全性好、成本低、質(zhì)量價格比高的特征正們所希望的性能和商業(yè)價值。在同樣的容積和壓力下，依其內(nèi)襯的種類和外層復(fù)合材料的選材不同，復(fù)合CNG比鋼質(zhì)氣瓶的重量可減輕1/3佗乃，二者相比較，顯然復(fù)合材料CNG氣瓶在汽車運能上更具有優(yōu)勢，同時復(fù)合材料在受到撞擊或高速沖擊而發(fā)生破壞時1331，不會產(chǎn)生危險性的碎片，從而降低或避免了對人員和車輛的損害。近年來，隨著復(fù)合材料原成本的降低，成型工藝的不斷改進(jìn)，使得復(fù)合材料CNG氣瓶在國內(nèi)外倍受青睞，在轎車和輕型車上的應(yīng)用極具競爭力。圖2，3是復(fù)合材料氣瓶在汽車上的應(yīng)用。

節(jié)約油耗，近年來開發(fā)了鋁內(nèi)襯環(huán)向增強復(fù)合材料氣瓶。這種氣瓶的重量降，安全性提高;由于內(nèi)襯重量減輕，對材料、熱處理、工藝、氣瓶的設(shè)計及強化技都要求較高，又由于復(fù)合材料的彈性模量和鋁內(nèi)襯的彈性模量相差較大，為使在疲勞程中兩種材料的變形相匹配，就需要對氣瓶結(jié)構(gòu)、形狀進(jìn)行精心設(shè)計，對其制造工藝認(rèn)真分析并采用適當(dāng)?shù)挠邢拊治龊推谀M等虛擬制造技術(shù)。而由于需要張力纏，其纏繞設(shè)備亦應(yīng)具備計算機控制系統(tǒng)和優(yōu)化功能，因此這類產(chǎn)品兼顧了鋼內(nèi)襯的可性、密封性和高強度、高韌性的優(yōu)點，其設(shè)計、制造和制造所用的設(shè)備都溶入了許技術(shù)，而賦予了這一高壓容器重量輕、安全性好、成本低、質(zhì)量價格比高的特征正們所希望的性能和商業(yè)價值。在同樣的容積和壓力下，依其內(nèi)襯的種類和外層復(fù)合材料的選材不同，復(fù)合CNG比鋼質(zhì)氣瓶的重量可減輕1/3佗乃，二者相比較，顯然復(fù)合材料CNG氣瓶在汽車運能上更具有優(yōu)勢，同時復(fù)合材料在受到撞擊或高速沖擊而發(fā)生破壞時1331，不會產(chǎn)生危險性的碎片，從而降低或避免了對人員和車輛的損害。近年來，隨著復(fù)合材料原成本的降低，成型工藝的不斷改進(jìn)，使得復(fù)合材料CNG氣瓶在國內(nèi)外倍受青睞，在轎車和輕型車上的應(yīng)用極具競爭力。圖2，3是復(fù)合材料氣瓶在汽車上的應(yīng)用。

【相似文獻(xiàn)】

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2 解越美;譚軼謙;;復(fù)合材料氣瓶在美國的現(xiàn)狀及發(fā)展[A];2003年西部清潔汽車技術(shù)研討會論文集[C];2003年

3 張振;高建嶺;王曉純;;CNG氣瓶鋁膽跌落仿真分析[A];第14屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第三冊）[C];2005年

4 方東紅;胡廣鵬;石劉順;王曉潔;;鋁合金內(nèi)襯復(fù)合材料高壓氣瓶的研制[A];第十六屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

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3 古海波;全纏繞復(fù)合氣瓶預(yù)緊壓力和纏繞層厚度的優(yōu)化[D];大連理工大學(xué);2006年

本文編號：2739073