CNG-2型氣瓶纏繞層應(yīng)力損傷機(jī)理研究.pdf

1、CNG-2型氣瓶是由鋼制內(nèi)膽和外部的纏繞層復(fù)合材料組成。氣瓶在自緊工藝中纏繞層會(huì)出現(xiàn)一定程度的樹脂開裂，并在充放氣的過程中產(chǎn)生環(huán)向裂紋，這樣使得纏繞層復(fù)合材料在外界酸性環(huán)境中更容易被腐蝕。使用過程中氣瓶?jī)?nèi)部要保持一定的壓力，高壓作用下使得纏繞層具有一定的內(nèi)應(yīng)力，在應(yīng)力和腐蝕共同作用下使得纏繞層產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。氣瓶纏繞層復(fù)合材料是一種單向纖維復(fù)合材料，傳統(tǒng)研究氣瓶力學(xué)的方法是將氣瓶纏繞層力學(xué)性質(zhì)看做是一種連續(xù)均勻的材料，通過宏觀力學(xué)分析

2、的方法進(jìn)行研究。但在氣瓶工作壓力下，纏繞層的屈服極限、斷裂強(qiáng)度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其所受到的應(yīng)力，通過宏觀力學(xué)并不能對(duì)纏繞層樹脂開裂及應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行深入研究。
　　針對(duì)這一問題，本文首先分別對(duì)新出廠氣瓶和由于纏繞層應(yīng)力腐蝕裂紋而報(bào)廢的氣瓶的纏繞層進(jìn)行取樣，然后通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察復(fù)合材料纖維和基體的破壞形式。根據(jù)掃描電鏡拍攝的氣瓶纏繞層復(fù)合材料破壞形式提出一種氣瓶多尺度建模的方法。利用所提出的多尺度模型，首先通過微觀

3、力學(xué)的方法探討氣瓶纏繞層的含膠量和纖維直徑這兩大重要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)樹脂開裂程度的影響，并對(duì)環(huán)向裂紋對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展的影響進(jìn)行了研究;然后在所建立的多尺度模型基礎(chǔ)對(duì)纖維引入破壞層研究了應(yīng)力腐蝕裂紋的破壞機(jī)理。
　　本文結(jié)合復(fù)合材料微觀力學(xué)的研究方法對(duì)氣瓶纏繞層的應(yīng)力損傷機(jī)理進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)表明氣瓶多尺度模型在氣瓶仿真分析中是切實(shí)可行的。同時(shí)提出氣瓶纏繞層樹脂開裂的影響因素以及應(yīng)力腐蝕裂紋的破壞機(jī)理，這對(duì)CNG-2型氣瓶的纏繞層的設(shè)計(jì)、