復(fù)合材料LNG車載氣瓶有限元分析與研究.pdf

1、近年來，隨著國民消費水平的迅速提高以及汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，我國各種類型汽車的保有數(shù)量急劇增加，汽車尾氣排放已經(jīng)成為城市環(huán)境污染的重要影響因素，因此，液化天然氣汽車（LNGV）得到了各地政府的大力推廣，取得了較快的發(fā)展和應(yīng)用。液化天然氣（LNG）車載氣瓶是 LNGV的關(guān)鍵部件，是一種低溫絕熱壓力容器。不銹鋼LNG車載氣瓶由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量大以及體積大等因素，不僅極大地增加了汽車整車重量，降低經(jīng)濟性，還限制了其在小型車輛上的應(yīng)用。而低溫復(fù)合

2、材料氣瓶有利于一體化成型，結(jié)構(gòu)簡單，不僅能夠大量減少氣瓶的部件數(shù)量，降低制造成型的復(fù)雜程度，還可以大幅減輕自身重量，提高汽車的經(jīng)濟性，具有非常廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景。目前，針對復(fù)合材料低溫力學(xué)性能與防滲性能的研究已經(jīng)較為完善，然而針對氣瓶整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析方面的研究依然較少。因此，本文基于ANSYS軟件，針對熱力耦合載荷下復(fù)合材料LNG車載氣瓶進行有限元數(shù)值分析與研究，具體研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　?。?）基于ANSYS軟件，建立了

3、適用于熱力耦合作用下復(fù)合材料筒身應(yīng)力分析的有限元模型，分別針對鋪層角度、單層板厚度以及設(shè)計分析過程中是否考慮材料性能隨溫度變化等氣瓶性能的影響因素進行研究。結(jié)果表明：對低溫復(fù)合材料氣瓶的數(shù)值分析，需要考慮材料性能參數(shù)隨溫度變化而改變；對于采用[902/±θ2]S鋪層順序的復(fù)合材料LNG車載氣瓶，鋪層角度θ應(yīng)取值在10到30范圍內(nèi)；復(fù)合材料單層板厚度對熱力耦合作用下筒身應(yīng)力產(chǎn)生的影響較小。然后，結(jié)合氣瓶實際成型條件，確定了復(fù)合材料 LNG

4、車載氣瓶的最佳纏繞成型方案。
　　（2）基于Hashin失效準(zhǔn)則，分別研究了復(fù)合材料 LNG車載氣瓶在工作工況，試驗工況，僅低溫載荷與僅內(nèi)壓載荷等不同工況下應(yīng)力分布狀態(tài)。結(jié)果表明：最佳纏繞方案的復(fù)合材料 LNG車載氣瓶無論在工作工況下還是在試驗工況下都不會發(fā)生基體開裂損傷與纖維斷裂破壞，滿足工作與設(shè)計要求；氣瓶的接嘴與封頭過渡處以及筒身與封頭的過渡處都是應(yīng)力集中區(qū)域，在實際制造成型過程中需要加強；復(fù)合材料 LNG車載氣瓶的臨界損傷