CNG-2型氣瓶纏繞層應力損傷機理研究.pdf

1、CNG-2型氣瓶是由鋼制內膽和外部的纏繞層復合材料組成。氣瓶在自緊工藝中纏繞層會出現(xiàn)一定程度的樹脂開裂，并在充放氣的過程中產(chǎn)生環(huán)向裂紋，這樣使得纏繞層復合材料在外界酸性環(huán)境中更容易被腐蝕。使用過程中氣瓶內部要保持一定的壓力，高壓作用下使得纏繞層具有一定的內應力，在應力和腐蝕共同作用下使得纏繞層產(chǎn)生應力腐蝕裂紋。氣瓶纏繞層復合材料是一種單向纖維復合材料，傳統(tǒng)研究氣瓶力學的方法是將氣瓶纏繞層力學性質看做是一種連續(xù)均勻的材料，通過宏觀力學分析

2、的方法進行研究。但在氣瓶工作壓力下，纏繞層的屈服極限、斷裂強度均遠遠大于其所受到的應力，通過宏觀力學并不能對纏繞層樹脂開裂及應力腐蝕裂紋的產(chǎn)生機理進行深入研究。
　　針對這一問題，本文首先分別對新出廠氣瓶和由于纏繞層應力腐蝕裂紋而報廢的氣瓶的纏繞層進行取樣，然后通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察復合材料纖維和基體的破壞形式。根據(jù)掃描電鏡拍攝的氣瓶纏繞層復合材料破壞形式提出一種氣瓶多尺度建模的方法。利用所提出的多尺度模型，首先通過微觀

3、力學的方法探討氣瓶纏繞層的含膠量和纖維直徑這兩大重要設計參數(shù)對樹脂開裂程度的影響，并對環(huán)向裂紋對應力腐蝕裂紋擴展的影響進行了研究;然后在所建立的多尺度模型基礎對纖維引入破壞層研究了應力腐蝕裂紋的破壞機理。
　　本文結合復合材料微觀力學的研究方法對氣瓶纏繞層的應力損傷機理進行了研究，實驗表明氣瓶多尺度模型在氣瓶仿真分析中是切實可行的。同時提出氣瓶纏繞層樹脂開裂的影響因素以及應力腐蝕裂紋的破壞機理，這對CNG-2型氣瓶的纏繞層的設計、