全缠绕复合气瓶的设计与研究.pdfVIP

学兔兔 全缠绕复 合气 口 瓶的设计与研究 口 王志辉 口 卢少春 口 郑 强 武汉理工大学机电工程学院 武汉 430070 摘 要：介绍了复合材料制成的全缠绕复合气瓶的应用和发展现状。系统介绍了全缠绕复合气瓶的各个设计过程。 可作为复合气瓶的设计参考。 关键词：纤维缠绕 复合气瓶 网格 设计 中图分类号：TB33 文献标识码：A 文章编号：1000—4998(2009)11—0070—03 用复合材料制成的全缠绕复合气瓶主要用作氢燃 热压、拉伸、旋压、热处理、后加工、检验等工序。 料电池汽车的高压储氢容器、呼吸器及车用压缩天然 1．2 复合气瓶材料的选用 气燃料气瓶等。这类气瓶综合了复合材料的高比强度、 1．2．1 内衬材料的选用 可设计性以及内衬的良好气密性、优良的耐蚀性等诸 复合气瓶内衬内壁直接与介质接触，它的主要作 多优点，使其达到高承压、高疲劳寿命、质轻、耐腐蚀等 用是气密、防腐、耐温和耐压。因此要求内衬材料具有 优良性能的完美结合。国外已经用它来取代钢制气瓶。 优良的气密性、耐腐蚀性、耐温和高强度、高韧性等特 近年来，我国也在研制铝胆复合气瓶，并逐步推广使 点。常用的内衬材料有铝和塑料两种。 用。具有承载内衬的纤维缠绕压力容器的组合方式是 1．2．2 复合材料的选用 在承载内衬的外表面缠绕一定层数的碳纤维增强材 纤维缠绕增强复合材料层的主要作用是保证气瓶 料，最外层再包覆一定层数的玻璃纤维保护层，其结构 在受力的情况下，具有足够的强度、刚度和稳定性。复 如图1所示，内层是用承载材料做成的内衬，外层是纤 合材料缠绕层承担绝大部分(75％ ～95％)的压力载 维增强材料，筒身段是圆柱体，两端是变厚度的半球形 荷，其中纤维是主要的承载体 ，树脂对纤维起粘结作 或椭球形封头。 用，并在纤维之间起着分布和传递载荷的作用 因此选 择高强度、高弹性的增强纤维和性能良好的树脂是提 1 复合气瓶成型工艺及选材 高结构承载能力的重要措施。通常采用高强玻璃纤维 1．1-复合 气瓶成型工艺 环氧树脂或碳纤维环氧树脂和凯芙拉(Kevlar)纤维等 复合气瓶的成型工艺如图2所示，包括内衬成型工 高性能复合材料。主要产品形式为无捻粗纱。 艺和纤维缠绕成型工艺。内衬的制造主要包括金属板 2 复合气瓶的结构设计 收稿日期：2009年4月 度标定和重复定位精度标定。 本文在了解飞机蒙皮特点的基础上，提出了针对 然后进行定位精度标定 ：所有支柱运动到行程中 飞机蒙皮加工所需夹具的方案，并对柔性夹具的结构 规定位置，测量其实际位置与规定位置的偏差。 和控制部分进行研制。经过试验标定，柔性夹具系统定 最后进行重复定位精度标定：所有支柱下运动到 位准确、运行可靠，可以对实际蒙皮进行装夹、加工。 正负极限位置5次 ，测量其在极限位置的重复定位偏 参考文献 差。标定结果如表1所示。 [1】 崔相吉．飞机蒙皮多点拉形装置的开发及应用【J】．锻压设 表1坐标轴精度