高承压、低成本的车用35MPa玄武岩纤维缠绕复合材料气瓶

• 作者: 何太碧 卿平 曾尧 杨晨曦 毛丹 汪霞 韩锐
• 来源期刊: 天然气工业
• 关键词: 车用CNG气瓶 压力升级 复合材料 玄武岩纤维缠绕 结构设计 薄膜理论 网格分析法 数值模拟
• 年，卷（期）: 2018,（12）
• 所属期刊栏目: 集输与加工
• 页码范围: 114-119
• 页数: 6页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2018.12.014

摘要

为了提高压缩天然气(CNG)汽车的续驶里程,将CNG气瓶工作压力由20 MPa提高到35 MPa,同时采用高强度、低成本、储量丰富的新型缠绕纤维——玄武岩纤维来替代传统碳纤维和玻璃纤维,设计出车用35 MPa玄武岩纤维缠绕复合材料气瓶.通过薄膜理论和网格分析法计算出复合材料气瓶内衬和纤维缠绕层基本结构参数,利用ANSYS Workbench ACP模块建立1/2气瓶模型,数值模拟了气瓶在各种工况下的强度和稳定性.结果表明:①铝合金内衬在35 MPa工作压力下,最大应力位于封头和筒身的过渡段,其值为166.19 MPa,小于铝合金内衬屈服强度的60％即177.6 MPa:②环向缠绕层和螺旋缠绕层在爆破压力119 MPa下的最大应力分别为3 742.6 MPa和3 490.6 MPa,满足玄武岩增强纤维抗拉强度(3 000～4 840 MPa)的范围,符合DOT-CFFC铝合金内衬全缠绕复合材料气瓶的相关要求;③新型材料玄武岩纤维可以替代碳纤维和玻璃纤维缠绕在CNG气瓶上,能够满足气瓶的承压要求,安全可靠.结论认为,将目前常用的车用CNG气瓶工作压力由20 MPa提高到35 MPa可行,该研究成果有助于天然气汽车的应用推广.