全纏繞復合氣瓶有限元分析和優(yōu)化設計.pdf

1、采用復合材料制成的全纏繞復合氣瓶主要應用于氫燃料電池汽車高壓儲氫容器、呼吸器及車用壓縮天然氣燃料氣瓶等領域。這類氣瓶綜合了復合材料的高比強度、可設計性以及內襯的良好氣密性、優(yōu)良的耐蝕性等諸多優(yōu)點，使其達到高承壓能力、高疲勞壽命、質輕、耐腐蝕等優(yōu)良性能的完美結合。國外己經(jīng)用它來取代鋼制氣瓶。近年來，我國也在對鋁膽復合氣瓶進行研制，并逐步推廣使用。目前，復合氣瓶的有限元分析技術和高效、可靠、實用的結構設計優(yōu)化技術已成為重要的研究課題。將有限

2、元數(shù)值分析和優(yōu)化技術應用于全纏繞復合氣瓶的設計中，在產(chǎn)品設計階段可以提高結構設計的可靠性，改善壓力容器的性能，有效地縮短產(chǎn)品設計周期和費用。 本課題是武漢理工大學復合材料纏繞裝備所的預研項目，主要針對全纏繞復合氣瓶開展以下幾個方面的研究： (1)確定全纏繞復合氣瓶的結構設計方案。以網(wǎng)格理論為基礎，結合纖維纏繞工藝要求和氣瓶容積約束條件，設計了某一型號的全纏繞復合氣瓶內襯和復合材料纏繞層的結構，確定了內襯的幾何尺寸、螺旋纏

3、繞層和環(huán)向纏繞層的纏繞角度和厚度。 (2)復合材料纏繞層力學分析。運用彈性力學理論對復合材料纏繞層進行理論分析，采用正交各向異性單層材料的強度理論和層合板理論進行強度校核。 (3)全纏繞復合氣瓶有限元分析和評價。在ANSYS中采用層單元規(guī)劃建立了與復合氣瓶力學特性盡可能一致的全參數(shù)化有限元模型，實現(xiàn)了封頭段螺旋纏繞層的變厚和變角度，建立了復合氣瓶結構非線性有限元分析流程，采用美國DOT-CFFC設計準則對復合氣瓶五種工況