深冷高压储氢气瓶复合材料层低温力学性能分析与优化

作者：张加俏; 赵晓航; 王朝; 何春辉; 严岩; 倪中华^*

来源：东南大学学报(自然科学版), 2023, 53(01): 21-29.

DOI：10.3969/j.issn.1001-0505.2023.01.003

• 深冷高压储氢
• 复合材料
• 碳纤维
• 低温力学

为提高深冷、高压双重极端工况作用下复合材料层的低温力学性能，根据层合板理论构建了深冷高压储氢气瓶复合材料层力学分析模型.通过计算热力耦合作用下多层缠绕结构的各向应力，研究横向弹性模量和纤维缠绕角度对复合材料层低温力学性能的影响.以容积140 L、压力35 MPa的气瓶为研究对象，结果表明，当横向弹性模量由14 GPa降低到5 GPa,复合材料横向应力减小68.37%,降低了基体受力失效风险；在0～50°范围内，复合材料横向应力随着螺旋缠绕角度的增加而减小，螺旋缠绕层可承载环向应力由68.18 MPa提高到424.13 MPa.横向弹性模量的降低和螺旋缠绕角度的增加使得各缠绕层的Tsai-Wu失效准则系数下降，有利于提高复合材料层的低温力学性能，减少碳纤维缠绕层数.

• 单位
  东南大学