金属内衬复合材料气瓶承载能力研究

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1、工学硕士学位论文金属内衬复合材料气瓶承载能力研究RESEARCHONTHELOAD-CARRYINGCAPACITYOFCOMPOSITEVESSELSWITHINNERMETALLINING王小燕哈尔滨工业大学2007年7月国内图书分类号：TB332国际图书分类号：620工学硕士学位论文金属内衬复合材料气瓶承载能力研究硕士研究生：王小燕导师：边文凤副教授申请学位：工学硕士学科、专业：车辆工程所在单位：汽车工程学院答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TB332U.D.C：620DissertationfortheMaste

2、r’sDegreeinEngineeringRESEARCHONTHELOAD-CARRYINGCAPACITYOFCOMPOSITEVESSELSWITHINNERMETALLININGCandidate:WangXiaoyanSupervisor:AssociateProf.BianWenfengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:VehicleEngineeringAffiliation:CollegeofAutomobileEngineeringDateofDefence:July，2007

3、Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要解决车用燃气气瓶的安全性能，对于燃气汽车的推广使用，减少大气污染，提高生活质量，有着重要的社会和经济意义。采用金属内衬的复合材料气瓶，对减少汽车自重，提高发动机有效功率非常有利。因此研究金属内衬复合材料气瓶的承载能力对天然气气瓶的设计和使用具有重要的现实指导意义。本文通过数学解析法和有限元方法分别对铝合金和镍钛合金两种内衬的复合材料气瓶进行了承载能力的研究。对具有铝内衬的纤维缠绕气瓶，欲提高其承载能力和使用寿命，增加内衬的弹

4、性变形范围是最有效的方式。所以本文采用了自增强处理提高铝内衬弹性变形范围的方法来提高气瓶的承载能力。根据三维弹塑性理论、屈曲理论和强度理论，研究了最佳预压力的求解方法以及承载能力的提高情况。结果表明，通过对铝内衬复合材料气瓶施加预压力使内衬达到最佳塑性状态，可以显著提高气瓶的极限承载能力。镍钛合金具有超弹性和形状记忆效应，将其用作复合材料气瓶的内衬能使气瓶具有较高的承载能力。通过有限元方法对镍钛合金内衬的复合材料气瓶进行了结构分析，研究了气瓶在载荷作用下的应力分布情况，并对有限元结果进行研究，分析了气瓶的承载能力。通过上面的工作可以得出：对铝内衬施加预压力，无须改变气瓶

5、的几何尺寸就能提高气瓶的极限工作压力；镍钛合金内衬复合材料气瓶不用预处理就具有较高的承载能力，只是这种气瓶的成本目前还比较高，现在应用较少。关键词复合材料气瓶；金属内衬；镍钛合金；承载能力-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAccountingforthesafetyperformanceofcompressednaturalgasvesselhasgreatsignificancefortheeconomicdevelopmentandthesocialprogressindevelopmentandapplicationofautomobilewit

6、hgas-fuel.Itcancutdowntheairpollutionandimprovelifequality.Theapplicationofcompositematerialstopressurevesselsismoreandmoreabroad.Usingthefilament-woundcompositevesselswithinnermetalliningcanreducetheself-weightofthevehicleandimprovetheeffectiveengine'spower.Soitisimportanttoresearchonth

7、eload-carryingcapacityoffilament-woundcompositevesselswithinnermetalliningforimprovingthedesignandproductionofCNGvessels.Analyticalmethodandfiniteelementmethodarerespectivelycarriedoutforstudyingload-carryingcapacityofcompositevesselswithinneraluminumliningandnitinolalloy