车用纤维全缠绕氢瓶固定架的疲劳分析与优化.pdf

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1、DALIANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY颀士莩位记文车用纤维全缠绕氢瓶固定架的疲劳分析与优化学科专业工程力学作者姓名陈、立指异教肺任明法副教授答辩日期年月硕士学位论文车用纤维全缠绕氢瓶固定架的疲劳分析与优化作者姓名：陈立学科、专业：工程力学学号：士匕日寸教师：任明法副教授完成曰期：大连理工大学大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡

2、献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：车用纤维全缠绕氢瓶固定架的疲劳分析与优化作者签名：±曰期：七丨丨年月？日大连理工大学硕士学位论文摘要世纪年代以来，我国汽车工业逐渐成长为国民经济的支柱产业。随着能源短缺和环境保护的迫切性，发展新能源汽车是汽车行业的必然选择。在众多新能源汽车中应用较为广泛的是氢燃料电池汽车。具有比强度和比刚度高等优点的纤维全缠绕高压储氢气瓶在氢燃料电池汽车供氢系统中是一个关键部件。由于氢气的易燃易爆性，使得车用氢瓶各个部件尤其是车用氢瓶固定架在随机振动下的疲劳寿命分析与优化是很有必要的，因为一旦固定架在服役过

3、程中失效，将会导致氢瓶与车体内其他零部件碰撞，容易引起氢瓶爆炸，造成比常规燃料汽车更严重的后果，从而危及使用者的生命和财产安全。车用氢瓶固定架在随机振动下的疲劳分析是涉及结构动力学、概率统计理论、疲劳强度理论等多学科的研究。本文主要基于随机振动理论和路面不平度的功率谱表达，使用有限元方法分析车用氢瓶固定架在随机路谱激励下的动态响应，并根据疲劳寿命分析方法对其进行寿命评估，最后对车用氢瓶固定架进行优化设计。具体工作有如下三个方面：首先，介绍结构动力学基础理论，随机振动的描述及路面不平度的功率谱表达；阐述疲劳累积损伤理论，主要为线性疲劳累积损伤理论及其修正和非线性疲劳累积损伤理论；探讨随机

4、疲劳分析方法，包括时域随机疲劳分析法和频域随机疲劳分析法，重点探讨三区间应力法。其次，在保证精度和控制规模的前提下，对车用氢瓶固定架及氢瓶几何模型进行简化，建立合适的有限元模型；随后进行模态分析，获得结构固有频率及相应振型；在考虑车速影响情况下将国家标准中路面不平度的空间频率功率谱密度转化为时间频率功率谱密度，在此基础上分析结构在随机路谱激励下的动态响应；并根据分析结果，结合线性累积损伤理论和三区间应力法评估固定架在级道路与级道路上的疲劳寿命。最后，分析车用氢瓶固定架在极限载荷作用下与车体两种安装方式的强度和刚度性能，得出氢瓶长度方向垂直于行车方向的安装方式较好；以固定架寿命为优化目标

5、，得出随机路谱激励下最优氢瓶固定架的绑带间距，为车用氢瓶组件的设计提供参考。关键词：固定架；随机振动；疲劳分析；优化车用纤维全缠绕氢瓶固定架的疲劳分析与优化，大连理工大学硕士学位论文：车用纤维全缠绕氢瓶固定架的疲劳分析与优化目录馳研究背景￥意义国内外研究现状路面不平度的研究概况随机振动的研究概况随机疲劳分析的研究概况本文主要工作基础理论介绍随机振动理论及路面不平度结构动力学基础随机振动的描述路面不平度的功率谱表达疲劳寿命分析理论疲劳的定义疲劳累计损伤理论随机疲劳的分析方法三区间应力法本章小结随机振动下车用氢瓶固定架的疲劳分析有限元模型的建立模型的简化材料的定义模型的建立车用氢瓶固定架的

6、随机振动分析模态分析路谱的处理随机振动响应车用氢瓶固定架的疲劳分析大连理工大学硕士学位论文疲劳失效模型两种路谱下固定架的疲劳分析本章小结车用氢瓶固定架的优化极限加速度载荷下固定架安装方式的比较氢瓶固定架的绑带间距优化本章小结参考文献攻读硕士学位期间发表学术论文情况大连理工大学学位论文版权使用授权书大连理工大学硕士学位论文绪论研究背景与意义年，德国工程师卡尔本茨发明了第一辆汽车。迄今，随着现代工业的发展，汽车产业也在世界各国蓬勃发展，世纪年代以来，我国汽车工业逐渐成长为国民经济的支柱产业。作为汽车的心脏，动力装置一直是研究的重点，燃料也从早期的蒸汽，到柴油、汽油。但自世纪以来，全球能源短

7、缺，石油价格上涨，而且对环境的保护也越来越迫切，各国对汽车尾气排放的标准也越来越严格，所以采用经济和清洁的能源是大势所趋，新能源汽车是汽车行业发展的必然选择和方向。图新能源汽车示意图在众多新能源汽车中应用较为广泛的是氧燃料电池汽车。从力学的技术角度讲，氢燃料电池汽车在使用时各部件除了需要满足极限载荷下的强度要求，还要满足在长时间行驶过程中各部件的疲劳耐久性。对于静力作用下的强度校核，现在的技术已经比较完善，而且可以通过更换强度更高的材料或对零部