70 MPa车载Ⅳ型储氢气瓶铺层设计与实验验证

为了准确预测封头纤维厚度和改善封头纤维堆积，采用理论分析、有限元模拟和实验验证相结合的方式，提出了一种结合三次样条函数封头厚度预测法与扩孔缠绕工艺的碳纤维全缠绕复合材料气瓶铺层设计方法。根据设计结果，基于ANSYS ACP软件建立了工作压力70 MPa的塑料内胆复合材料气瓶有限元模型，分析了气瓶复合材料层在公称工作压力和最小爆破压力下的受力情况。以三维Hashin失效准则作为复合材料失效判据，采用Camanho提出的单元刚度退化方案，对复合材料气瓶进行渐进失效分析，从而预测了气瓶最终爆破压力和爆破位置。进行了气瓶水压爆破实验，实验结果表明：气瓶在未爆破的情况下已能承载158.75 MPa的压力，验证了该铺层方法能够满足静强度要求；实验结果未能验证渐进失效分析预测的爆破压力165.71 MPa和爆破失效位置。研究成果可为70 MPa车载塑料内胆复合材料气瓶的研发提供依据。