The invention relates to a manufacturing technique of a high pressure hydrogen storage cylinder, in order to provide a method for determining the optimum self tightening pressure of an aluminum inner fiber full winding composite cylinder. The process includes the following: the establishment of aluminum liner fibers with varying angle head full wrapped cylinder finite element model of composite; finite element method of composite material layer progressive failure; using the ABAQUS user material subroutine module static FORTRAN language, realize the progressive failure analysis of aluminum liner fiber winding composite cylinders, strike the autofrettage pressure, discharge pressure, working pressure and blasting pressure under aluminum stress and inner winding layer fiber direction stress, combined with the standard to determine the optimum autofrettage pressure. The invention adopts the progressive failure of 3D Hashin failure criterion and index of damage evolution prediction of fiber winding composite cylinders, then according to the standard Determination of aluminium liner fiber winding composite cylinders optimum autofrettage pressure, make full use of fiber and reduce the inner stress level.
【技术实现步骤摘要】
确定铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶最佳自紧压力的方法
本专利技术是关于高压储氢气瓶制造
,特别涉及一种确定铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶最佳自紧压力的有限元方法。
技术介绍
当前,铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶正广泛应用于航空航天、压力容器、新能源汽车等高新
因为铝内胆和碳纤维缠绕层的材料力学性能的不同,在相同的应变状态下,即使铝内胆已经进入塑性状态发生屈服现象,碳纤维还处于弹性低应力状态。为了解决这一问题,可以在施加工作压力前对气瓶进行自紧处理。通常,自紧压力的确定需要根据DOT-CFFC等标准确定,最佳自紧压力在满足DOT-CFFC等标准的前提下进行有限元优化设计,现有的最佳自紧压力确定的有限元方法有三方面的不足:一是考虑铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶变厚度变角度的接近真实的模型较少,为了简化一般不建封头或者使用常厚度常角度的封头代替;二是采用如Tsai-Wu、Chang-chang等基于应力的二维失效准则未考虑面外的影响;三是基本未考虑复合材料的损伤演化,基于上诉三点原因,现有的研究确定的最佳自紧压力并不准确。因此提出一种确定铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶最佳自紧压力的有限元方法尤为必要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是,克服现有技术中的不足,提供一种确定铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶最佳自紧压力的方法。为解决上述技术问题,本专利技术的解决方案是:提供一种确定铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶最佳自紧压力的方法,包括下述过程:一、建立含变厚度变角度封头的铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶有限元模型;二、建立复合材料缠绕层渐进失效的有限元方法;三、利用F ...
【技术保护点】
一种确定铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶最佳自紧压力的方法,其特征在于,包括下述过程:一、建立含变厚度变角度封头的铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶有限元模型;二、建立复合材料缠绕层渐进失效的有限元方法;三、利用FORTRAN语言编写的ABAQUS‑UMAT即ABAQUS用户静态材料子程序模块,实现铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶的渐进失效分析,求取自紧压力、卸载压力、工作压力以及爆破压力下的铝内胆应力和缠绕层纤维方向应力,再结合标准确定最佳自紧压力;所述过程一具体如下:步骤(1):基于测地线理论建立含变厚度变角度封头的铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶有限元模型:
【技术特征摘要】
1.一种确定铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶最佳自紧压力的方法,其特征在于,包括下述过程:一、建立含变厚度变角度封头的铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶有限元模型;二、建立复合材料缠绕层渐进失效的有限元方法;三、利用FORTRAN语言编写的ABAQUS-UMAT即ABAQUS用户静态材料子程序模块,实现铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶的渐进失效分析,求取自紧压力、卸载压力、工作压力以及爆破压力下的铝内胆应力和缠绕层纤维方向应力,再结合标准确定最佳自紧压力;所述过程一具体如下:步骤(1):基于测地线理论建立含变厚度变角度封头的铝内胆纤维全缠绕复合材料气瓶有限元模型:其中,α为螺旋缠绕层在封头上某点的缠绕角,r为制造过程确定的极轴半径,R为封头该点到中轴线的距离,R0为气瓶筒体段的内径,H为该点的螺旋缠绕层厚度,h为筒体段螺旋层的厚度;采用MATLAB商业软件计算出封头上各点的螺旋层缠绕角度和缠绕厚度,根据计算结果建立缠绕厚度;然后将两侧封头各分为八段,对每段进行设定缠绕角度;分别对铝内胆和复合材料纤维层设置材料属性和划分网格,再用ABAQUS-ASSEMBLY模块对其组装之后设置分析步、变量输出、加载方式以及边界条件;所述过程二具体包括下述步骤:步骤(2):建立基于应变描述的三维Hashin失效初始判据和指数型损伤演化准则,具体建立方式为:(a)对于纤维拉伸和压缩,损伤初始判据为:其中,是指纤维损伤变量为零的纤维初始拉伸和压缩失效应变;所述T,C分别指拉伸和压缩;所述ε11是指纤维方向应变;所述分别指纤维拉伸和压缩失效判断因子;纤维拉伸和压缩的损伤演化准则为:其中,所述是指纤维拉伸和压缩损伤变量;所述l为单元的特征长度;所述C11为弹性刚度矩阵的纤维方向分量;所述为纤维拉伸和压缩方向的断裂能;(b)对于基体拉伸损伤失效初始判据为:
【专利技术属性】
技术研发人员:郑津洋,廖斌斌,顾超华,张泽坤,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。