碳纤维复合材料高压气瓶缠绕层设计与自紧分析

摘要

以碳纤维复合材料高压气瓶为对象,通过网格理论和数值模拟开展了气瓶的缠绕层设计与自紧压力分析。气瓶筒身采用环向与螺旋组合缠绕,封头采用螺旋缠绕,并基于网格理论确定了纤维缠绕厚度、缠绕角度与缠绕层数等设计参数。在理论分析的基础上建立了气瓶的有限元模型,开展了气瓶爆破压力预测和自紧压力分析研究,结果表明:气瓶爆破压力预测值高于设计值;自紧压力会显著影响气瓶的纤维应力比与内衬在工作压力下的应力水平,通过自紧处理（压力96MPa）,内衬等效应力最大值降低了16.5%,纤维强度发挥率提高了5.9%。本文研究可以为复合材料高压气瓶设计与使用提供参考。

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