碳纤维复合材料高压储氢容器力学模型分析与抗疲劳研究

【摘要】：随着社会的发展,化石能源将不能满足经济高速发展的需求,需要开发新的能源。氢能是一种清洁的能源,具有零污染的特点,有望在石油时代的末期,代替石油成为一种主要的二次能源。高压储氢技术是一种应用广泛、简便易行的储氢方式,而且成本低,充放气速度快,操作在常温下就可进行。因此,本文的研究内容是设计轻质高压储氢罐。主要内容如下: 进行铝内胆碳纤维树脂复合材料高压储氢容器的结构设计,提出设计方法,确定主要尺寸。工作压力为70MPa,容积为25L,储存大约1kg氢气,达到约5wt%的质量储氢密度。 对设计的储氢容器进行力学分析,整体模型简化为两个子模型分别计算应力,并用最大应力准则和蔡-希尔准则校核,然后用有限元方法验证模型简化和理论计算的正确性。 研究了影响碳纤维树脂复合材料和铝合金疲劳的因素,复合材料疲劳寿命符合“木桶原理”,阐述降低铝内胆的平均应力可以提高整体储氢容器的疲劳寿命,并提出了实现方案。 主要创新点:提出力学简化模型,使得各向异性的复合材料的应力计算变得简单,而且误差较小。提出复合材料疲劳寿命木桶原理,通过降低铝内胆平均应力的方法来提高整个容器的疲劳寿命。