塑料內(nèi)膽復(fù)合材料全纏繞CNG氣瓶安全技術(shù)研究.pdf

1、塑料內(nèi)膽復(fù)合材料全纏繞CNG氣瓶(CNG-4型瓶)是一種新型CNG氣瓶，它的安全技術(shù)研究是研究者們工作的重點。本文研究的重點是氣瓶強度設(shè)計、復(fù)合材料固化反應(yīng)的介電分析法測試(DDA)及復(fù)合氣瓶疲勞損傷的紅外檢測三個方面。 在強度設(shè)計方面，論文首先對CNG-4型氣瓶筒體纖維強度進(jìn)行了校驗計算，經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)筒體纖維周向承載能力低于制造標(biāo)準(zhǔn)最小爆破壓力73 Mpa和設(shè)計文件最小爆破壓力76 Mpa的規(guī)定要求。在氣瓶封頭鋪層結(jié)構(gòu)分析中，

2、我們確認(rèn)按氣瓶纖維設(shè)計纏繞方式，在極孔圓半徑r<,01>～r<,02>區(qū)間內(nèi)，封頭鋪層纖維為7層纏繞角度15°的纖維，其他纏繞角度的纖維無法對該部位進(jìn)行鋪層加強，通過對封頭部位纖維承載能力計算，上述部位纖維承載能力分別為68.2Mpa、68.3Mpa，低于制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最小爆破壓力73 Mpa和設(shè)計文件最小爆破壓力76 Mpa的要求。為了保證復(fù)合材料在持續(xù)載荷和周期載荷下具有高強度，玻璃纖維應(yīng)力率應(yīng)達(dá)到或超過3.65，在設(shè)計文件當(dāng)中，應(yīng)力

3、率應(yīng)達(dá)到3.8。經(jīng)過強度核算，該氣瓶筒體纖維周向應(yīng)力率為3.598，封頭部位纖維應(yīng)力率為3.41，均低于標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計應(yīng)力比率的要求。 在復(fù)合材料氣瓶固化質(zhì)量控制方面，我們應(yīng)用介電分析法對復(fù)合材料固化反應(yīng)過程進(jìn)行動態(tài)測試。我們設(shè)計了氣瓶固化質(zhì)量測控系統(tǒng)，對復(fù)合材料氣瓶固化質(zhì)量進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，同時對工藝過程進(jìn)行自動控制。該系統(tǒng)由介電、溫度測試系統(tǒng)、爐溫、氣瓶傳運控制系統(tǒng)和計算機中央處理系統(tǒng)等三部分組成，具有以下功能：能對氣瓶不同部位樹脂

4、介電參數(shù)進(jìn)行測定，動態(tài)監(jiān)測固化反應(yīng)進(jìn)程；自動控制固化爐溫度及氣瓶爐內(nèi)停留時問，適時監(jiān)控固化工藝參數(shù)的正確實施；根據(jù)每批氣瓶固化反應(yīng)實際進(jìn)行情況，及時優(yōu)化調(diào)整溫度及時問等工藝參數(shù)；反應(yīng)過程中各項監(jiān)測數(shù)據(jù)、反應(yīng)過程曲線及儀器設(shè)備運行狀態(tài)通過CRT適時顯示，操作者能動態(tài)直觀地對反應(yīng)過程實施監(jiān)控，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)及曲線并可通過打印機打印、存檔，相關(guān)控制指令通過鍵盤輸入中央處理器，完成對整個系統(tǒng)的控制。針對復(fù)合材料氣瓶疲勞損傷問題，我們運用紅外檢測技

5、術(shù)對氣瓶疲勞損傷進(jìn)行探測，以掌握氣瓶使用過程中的疲勞損傷情況。我們利用紅外熱成像儀對5只復(fù)合氣瓶充氣加壓全過程的疲勞損傷變化情況進(jìn)行了紅外熱成像探測。通過實驗，我們發(fā)現(xiàn)，可以利用紅外熱成像技術(shù)確定復(fù)合材料氣瓶的疲勞損傷部位，特別是通過對紅外圖像中“熱斑跡”位置的確定，找出氣瓶應(yīng)力最為集中，也是最危險的部位。 通過實踐驗證，我們的研究分析是有實際應(yīng)用價值的，而且，我們在實驗和研究分析工作中積累的經(jīng)驗，為今后的研究工作打下了基礎(chǔ)。