面对日益恶化的环境和石油资源的枯竭,使得作为清洁能源应用典型的CNG气瓶的使用逐年增加,CNG汽车在国内逐渐推广使用。CNG-2气瓶由金属内衬和外层缠绕的高强度纤维增强复合材料组成,由于其质量轻、强度高和安全可靠等优点得到了广泛的应用。使用过程中,CNG气瓶也出现了一些故障和爆炸事故,从而导致气瓶的安全分析和研究越来越受到关注。论文以CNG-2气瓶为研究对象,探讨了气瓶的应力分析、疲劳分析、缺陷分析三个方面的内容。 论文借助ANSYS有限元分析软件,对钢内胆玻璃纤维缠绕的CNG-2气瓶进行了分析,利用有限元前处理程序建立了可以用于复合材料气瓶计算的力学模型。通过建模分析,得到了气瓶在自紧压力、水压、零压、工作压力及爆破压力下的应力分布,验证了自紧的必要性;对计算过程是否需要考虑几何非线性的影响作了讨论,结果显示几何非线性会对应力分布产生一定的影响。 论文研究了CNG-2气瓶的自紧原理及其实现方案,探讨了自紧压力对气瓶最大应力分布、整体应力分布及气瓶疲劳寿命的影响,并对自紧压力进行了优化。计算表明,随着自紧压力的增大,卸载后（即零压力下）内胆的环向压应力线性增大;工作压力下内胆的Von Mises应力减小而纤维层的应力线性增大,从而证明,合理的自紧工艺可以显著改善工作压力下内胆和纤维的应力分配,而平均应力则随着自紧压力的增大而降低。综合考虑,得出了最佳自紧压力为36MPa的结论。 论文介绍了钢内胆和复合材料的疲劳机理及提高抗疲劳性能的途径,在此基础上,分别对复合材料和内胆进行了疲劳分析,结果表明自紧后内胆的疲劳寿命由20240次增至100000次,提高了内胆的疲劳寿命。 论文参照GB/T19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》标准对CNG-2气瓶存在的凹坑缺陷进行了安全分析和评定,分析表明,这类缺陷对气瓶的内胆和纤维层的最大应力及应力幅有较大影响,在缺陷长度和宽度保持不变的情况下,随着凹坑深度的增大,内胆的应力幅随之增加,而纤维层的最大Von Mises应力亦增大,因此,缺陷会缩短气瓶使用寿命,带来安全隐患。……
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