碳纤维全缠绕复合气瓶缠绕方式的设计与选择

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1、中文图书分类号：TQ050.4密级：公开UDC：54.02学校代码：10005工程硕士学位论文M.E.DISSERTATION论文题目：碳纤维全缠绕复合气瓶缠绕方式的设计与选择论文作者：缐永兴领域：化学工程指导教师：戴洪兴教授、张保国教授级高工论文提交日期：2015年12月UDC：54.02学校代码：10005中文图书分类号：TQ050.4学号：G201105011密级：公开北京工业大学硕士专业学位论文（非全日制）题目：碳纤维全缠绕复合气瓶缠绕方式的设计与选择英文题目：WINDINGPATTERNDESIGNANDSELECTIONOFFULLWRAPPEDCOMPOSITECYLI

2、NDERS论文作者：缐永兴领域：化学工程研究方向：材料化工申请学位：工程硕士专业学位指导教师：戴洪兴教授、张保国教授级高工所在单位：环境与能源工程学院答辩日期：2015年12月授予学位单位：北京工业大学DissertationSubmittedofBeijingUniversityofTechnologyforMasterDegreeofEngineeringWINDINGPATTERNDESIGNANDSELECTIONOFFULLWRAPPEDCOMPOSITECYLINDERSXianYongxingSupervisorbyProfessorsDaiHongxingandZha

3、ngBaoguoChemicalEngineeringofCollegeofEnvironmentandEnergyBeijingUniversityofTechnologyDecember,2015独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：缐永兴日期：2015年12月10日关于论文使用授权的说明本人完

4、全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：缐永兴日期：2015年12月10日导师签名：戴洪兴日期：2015年12月10日摘要摘要作为复合材料的新兴使用领域，碳纤维复合材料气瓶主要由铝内胆和复合层构成，内胆只起密封作用，而复合层则由碳纤维、树脂等材料固化而成，作为气瓶的承压主体。碳纤维复合材料气瓶的设计各国标准都没有一个确定的方式方法，所以要对内胆设计方法和纤维缠绕的理论计算没有一个明确的理论计算方法。由于设计

5、无明确的方法，故要求有一个方法来验证设计的合理性，即通过一系列破坏性试验来验证设计的合理性。经过验证可以把钢瓶的设计公式借鉴到铝内胆的计算上。纤维缠绕的理论计算则根据实际实验数据，修订复合材料网格理论公式，加入相应的经验系数。并通过CAE仿真软件进行模拟受力计算，从而验证计算公式的正确性。该产品设计的合理性不光是通过理论设计与计算、软件校核来证明，还需通过不同的纤维缠绕方式对产品设计结果的影响来研究缠绕方式对产品性能的影响。不同的缠绕分布方式也会带来不同的结果，在不增加厚度的情况下，经过试验发现最好的方式是环向缠绕和纵向缠绕均匀分布，即内胆/环向/纵向/环向/纵向，此种缠绕方式较好的

6、满足了爆破和有限寿命试验的要求，在缠绕较小的厚度情况下，达到较好的性能，同时也节省了原材料的消耗。这在实际的生产制造过程中是十分必要和重要的。关键词：气瓶；设计；缠绕；方式；计算-I-北京工业大学工程硕士专业学位论文AbstractAsthecompositeoftheemergingfieldofuse,carbonfiberreinforcematerialcylindersaremainlycomposedofthealuminumlinerandcompositelayer,inwhichthecompositelayeriscomposedofcarbonfiberandr

7、esinmaterialasthemainpartofthecylinderpressure.Therearenocleartheoreticalcalculationtheoryofnationalstandardsfordesignofcarbonfibercompositecylindersanddeterministicmethods.Sincethereisnoclearwaytodesign,itrequiresastrategytoverif