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摘要
采用纤维缠绕增强制备35 MPa级轻质压缩天然气（CNG）储气瓶，对增加CNG汽车的行驶里程有重要意义。本文采用耐磨损、耐腐蚀、生产过程无污染的玄武岩纤维作为缠绕增强体，设计制备工作压力为35 MPa的复合材料气瓶。基于Tsai-Wu和Von-Mises准则，对复合材料气瓶缠绕层和铝合金内衬的应力和形变进行有限元模拟分析，结果表明：35 MPa工作压力下，内衬筒身段与过渡区的内应力高于封头段，而位于筒身段的环向缠绕层所受最大应力始终高于螺旋缠绕层；对气瓶在DOT-CFFC规定的范围内线性增压，复合气瓶的内衬、缠绕层和整体的轴向和径向位移均单调增加，且轴向位移的增量大于径向位移，并在此过程中出现一个与纤维层损伤有关的拐点，最终导致所设计的气瓶在128 MPa的理论压力下于筒身段发生瞬时破坏。进一步对设计和模拟结果进行实验验证发现，在59 MPa水压试验压力下，气瓶保压60 s内未发生泄漏，内衬残余应力为260.94 MPa。在水压爆破试验中，测得气瓶的爆破压力为120 MPa，与模拟值接近，且符合DOT-CFFC要求。
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单位中材科技（成都）有限公司; 西华大学
