一种复合材料储氢气瓶聚合物内胆鼓泡有限元仿真方法技术

本发明专利技术涉及有限元模拟技术，旨在提供一种复合材料储氢气瓶聚合物内胆鼓泡有限元仿真方法。包括：测试储氢气瓶内胆和外层复合材料的性能参数；建立局部气瓶氢气渗透模型，获得氢气渗透压随内胆厚度变化关系曲线；建立聚合物内胆含有缺陷裂纹的复合材料储氢气瓶有限元模型，引入位于内胆表面以下的深度缺陷；以内胆发生鼓泡为界，分别应用弹塑性断裂力学理论求解缺陷裂纹前沿区域的J积分值，以及应用线弹性断裂力学理论求解缺陷裂纹前沿的应力强度因子；在鼓泡演化过程中，考虑缺陷内氢气向外渗透和缺陷体积增大对鼓泡内压力下降的影响，并在每个裂纹扩展步骤中对鼓泡内的氢气压力进行更新。本发明专利技术贴合实际鼓泡发生物理过程，具有较高的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有限元模拟，尤其涉及一种复合材料储氢气瓶聚合物内胆鼓泡有限元仿真方法。

技术介绍

1、氢能产业的发展受到世界各国的重视，氢能储运是氢能产业中连接上游制氢和下游用氢的关键环节。高压气态储氢是较为成熟的储氢方案，采用聚合物内胆的复合材料储氢气瓶以其更轻的质量和更高的储氢密度广泛应用在车载储氢等场景。

2、在复合材料储氢气瓶服役的过程中，高压氢气会在其聚合物内胆中溶解和扩散占据内胆中微小裂纹等缺陷，在气瓶快速泄压的过程中，积聚在内胆中的高压氢气来不及释放，造成内胆材料破裂，形成鼓泡损伤。内胆发生鼓泡损伤后其机械性能和阻氢性能下降，氢气更容易在内胆中扩散，导致气瓶发生氢气泄漏，给气瓶的使用安全造成威胁。

3、建立复合材料储氢气瓶聚合物内胆鼓泡有限元仿真方法，有助于研究复合材料储氢气瓶内胆结构的鼓泡情况以及内胆鼓泡的影响因素，对内胆结构设计和气瓶使用工况的确定有着重要的工程意义。但是，目前关于复合材料储氢气瓶的有限元仿真研究主要集中在高压储氢环境下的破损、老化、断裂、渗透等方面的缺陷研究，目前尚未见到针对内胆鼓泡损伤的研究成果。本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种复合材料储氢气瓶聚合物内胆鼓泡有限元仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中获取的内胆材料和碳纤维复合材料的性能参数，至少包括：内胆真实应力应变曲线、弹性模量、屈服强度、泊松比、断裂韧性KIC、J-R曲线、内胆厚度，以及内胆和复合材料缠绕层的氢扩散系数与溶解度系数；进一步地，依据J-R曲线选取合适裂纹尺寸对应的J积分值作为鼓泡发生临界值Jcr。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，建立局部气瓶氢气渗透模型时，选择该局部气瓶的形状为圆片形。

4.根据权利要求1所述的方...

【技术特征摘要】

1.一种复合材料储氢气瓶聚合物内胆鼓泡有限元仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中获取的内胆材料和碳纤维复合材料的性能参数，至少包括：内胆真实应力应变曲线、弹性模量、屈服强度、泊松比、断裂韧性kic、j-r曲线、内胆厚度，以及内胆和复合材料缠绕层的氢扩散系数与溶解度系数；进一步地，依据j-r曲线选取合适裂纹尺寸对应的j积分值作为鼓泡发生临界值jcr。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，建立局部气瓶氢气渗透模型时，选择该局部气瓶的形状为圆片形。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)的气孔类空腔缺陷或裂纹缺陷中，其裂纹的扩展方向与气瓶轴向平行，裂纹类型为围线积分；针对裂纹尖端奇异性的处理模式为退化单元控制，使用塌陷单元边，重复节点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中裂纹前沿积...

【专利技术属性】
技术研发人员：花争立，时浩，彭文珠，齐智鹏，李奇楠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：