塑料內(nèi)膽復(fù)合材料全纏繞CNG氣瓶安全技術(shù)研究.pdf

1、塑料內(nèi)膽復(fù)合材料全纏繞CNG氣瓶(CNG-4型瓶)是一種新型CNG氣瓶，它的安全技術(shù)研究是研究者們工作的重點(diǎn)。本文研究的重點(diǎn)是氣瓶強(qiáng)度設(shè)計(jì)、復(fù)合材料固化反應(yīng)的介電分析法測(cè)試(DDA)及復(fù)合氣瓶疲勞損傷的紅外檢測(cè)三個(gè)方面。 在強(qiáng)度設(shè)計(jì)方面，論文首先對(duì)CNG-4型氣瓶筒體纖維強(qiáng)度進(jìn)行了校驗(yàn)計(jì)算，經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)筒體纖維周向承載能力低于制造標(biāo)準(zhǔn)最小爆破壓力73 Mpa和設(shè)計(jì)文件最小爆破壓力76 Mpa的規(guī)定要求。在氣瓶封頭鋪層結(jié)構(gòu)分析中，

2、我們確認(rèn)按氣瓶纖維設(shè)計(jì)纏繞方式，在極孔圓半徑r<,01>～r<,02>區(qū)間內(nèi)，封頭鋪層纖維為7層纏繞角度15°的纖維，其他纏繞角度的纖維無法對(duì)該部位進(jìn)行鋪層加強(qiáng)，通過對(duì)封頭部位纖維承載能力計(jì)算，上述部位纖維承載能力分別為68.2Mpa、68.3Mpa，低于制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最小爆破壓力73 Mpa和設(shè)計(jì)文件最小爆破壓力76 Mpa的要求。為了保證復(fù)合材料在持續(xù)載荷和周期載荷下具有高強(qiáng)度，玻璃纖維應(yīng)力率應(yīng)達(dá)到或超過3.65，在設(shè)計(jì)文件當(dāng)中，應(yīng)力

3、率應(yīng)達(dá)到3.8。經(jīng)過強(qiáng)度核算，該氣瓶筒體纖維周向應(yīng)力率為3.598，封頭部位纖維應(yīng)力率為3.41，均低于標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)應(yīng)力比率的要求。 在復(fù)合材料氣瓶固化質(zhì)量控制方面，我們應(yīng)用介電分析法對(duì)復(fù)合材料固化反應(yīng)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。我們?cè)O(shè)計(jì)了氣瓶固化質(zhì)量測(cè)控系統(tǒng)，對(duì)復(fù)合材料氣瓶固化質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)工藝過程進(jìn)行自動(dòng)控制。該系統(tǒng)由介電、溫度測(cè)試系統(tǒng)、爐溫、氣瓶傳運(yùn)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中央處理系統(tǒng)等三部分組成，具有以下功能：能對(duì)氣瓶不同部位樹脂

4、介電參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)固化反應(yīng)進(jìn)程；自動(dòng)控制固化爐溫度及氣瓶爐內(nèi)停留時(shí)問，適時(shí)監(jiān)控固化工藝參數(shù)的正確實(shí)施；根據(jù)每批氣瓶固化反應(yīng)實(shí)際進(jìn)行情況，及時(shí)優(yōu)化調(diào)整溫度及時(shí)問等工藝參數(shù)；反應(yīng)過程中各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、反應(yīng)過程曲線及儀器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)通過CRT適時(shí)顯示，操作者能動(dòng)態(tài)直觀地對(duì)反應(yīng)過程實(shí)施監(jiān)控，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及曲線并可通過打印機(jī)打印、存檔，相關(guān)控制指令通過鍵盤輸入中央處理器，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。針對(duì)復(fù)合材料氣瓶疲勞損傷問題，我們運(yùn)用紅外檢測(cè)技

5、術(shù)對(duì)氣瓶疲勞損傷進(jìn)行探測(cè)，以掌握氣瓶使用過程中的疲勞損傷情況。我們利用紅外熱成像儀對(duì)5只復(fù)合氣瓶充氣加壓全過程的疲勞損傷變化情況進(jìn)行了紅外熱成像探測(cè)。通過實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，可以利用紅外熱成像技術(shù)確定復(fù)合材料氣瓶的疲勞損傷部位，特別是通過對(duì)紅外圖像中“熱斑跡”位置的確定，找出氣瓶應(yīng)力最為集中，也是最危險(xiǎn)的部位。 通過實(shí)踐驗(yàn)證，我們的研究分析是有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的，而且，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)和研究分析工作中積累的經(jīng)驗(yàn)，為今后的研究工作打下了基礎(chǔ)。