铝合金内胆碳纤维缠绕气瓶结构分析与研究

且听风吟 · 发表于 2013-1-4 14:37:24

此为研究生论文，可以作为一定的参考用途。但对部分结果不太认可。尤其是用方格布对气瓶封头部分进行了增加。但对于大家了解铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的结构设计很有帮助，大家可以看一看。内容非常长，大家都知道研究生论文，所以可以好好看一看。

铝合金内胆碳纤维缠绕气瓶结构分析与研究

摘要
碳纤维缠绕铝合金内胆气瓶不仅具有了铝合金材料密度低、加工性好、密封
性优良、延展性好、抗裂纹增强性能好等特点，同时兼备碳纤维复合材料重量轻、
比强度、比模量高、安全性好以及可设计性强等优点，使复合气瓶达到高承压能
力、高疲劳寿命、质量轻、耐腐等优良性能的完美结合。
复合材料气瓶是由纤维缠绕复合层和金属内衬共同组成的结构。纤维缠绕复
合层采用纵向缠绕和环向缠绕相结合，其中封头部分全部为纵向缠绕，圆柱段为
纵向缠绕与环向缠绕的组合。复合材料气瓶承受内压载荷时，复合材料层大约承
受85％"-'95％的载荷，而铝内衬只承受5％～15％的压力。

本文首先对铝合金内胆进行结构设计，铝内胆采用椭球封头，壁厚设计为
2mm，长径比选择2．7；采用网格理论对气瓶复合材料层进行初步设计，确定缠绕
层壁厚、铺层数量、铺层方式以及缠绕角。然后利用有限元分析方法，在ANSYS
中进行三维有限元分析。由于复合材料气瓶的内胆和缠绕层是两种不同的材料且
单元属性也不一样，因此定义时采取了不同的单元属性。铝合金内胆采用
SOLIDl 85号单元按照弹塑性来进行分析，复合材料缠绕层采用SOLID46号单元
按照各向正交异性来分析，取其1／24作为分析对象，在两个剖面边界上给定对
称边界约束条件，对其施加90MPa的内压载荷进行分析计算，解算结果显示铝内
衬受力已进入塑性，筒段应力在380-一,410MPa范围内，纤维层最大应力241 6MPa，
接近材料应力极限2940MPa。
最后对按照设计加工制造的气瓶进行水压试验，试验爆**破压强93MPa，铝合
金内胆和纤维同时发生破坏，试验结果表明理论分析完全符合实际。

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且听风吟 · 发表于 2013-1-4 14:38:57

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且听风吟 · 发表于 2013-1-4 14:39:48

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