主要研究内容 该复合气瓶是一种新型的以金属材料为内衬特种纤维缠绕的大尺寸高压气瓶。 特种复合材料高压气瓶的结构分析与优化设计:基于复合材料所特有的性质,建立更为合理的模型。研究缠绕层材料的粘弹性本构关系;在考虑固化度、化学反应热、缠绕压力、固化曲线和粘度等因素前提下,考察缠绕和固化过程中树脂的流动模型;研究缠绕张力对内胆约束塑性变形的影响;考虑材料、工艺和结构的一体化结构分析与优化的设计方法。 特种复合材料高压气瓶缠绕成型工艺研究:在结构分析与优化的基础上,根据理论分析的结果,对于筒身直段与封头端均确定最佳缠绕工艺和型面结构设计型式。在满足强度和刚度的条件下,要达到重量最轻、安全可靠性最高这一目的。 特种复合材料高压气瓶的质量考核、检验和损伤评定:鉴于目前国际上对于超高压特种复合材料气瓶尚无确定的质量考核、检验和损伤评定标准,选择适当的评价技术,确定科学的评价方法,对特种复合材料高压气瓶进行综合评价。 特种复合材料高压气瓶制造过程中结构健康状况的智能监测:在高压气瓶的湿法纤维缠绕制备过程中,通过使用先进的智能监控手段,对其工艺全过程的全结构应力场及温度场进行实时监控。 预期达到的目标 通过理论分析和实验论证相结合方法,建立特种复合材料高压气瓶结构分析模型,提出相应材料——结构——工艺一体化分析和优化设计方法,研究其制造成型技术,应用智能监控方法考察其全结构在全过程中的应力场与温度场情况,并建立对特种复合材料高压气瓶进行综合评价的一系列技术标准。此项研究成果将进一步发展我国特种复合材料高压气瓶设计标准,为建立合理的设计方案,并缩短产品开发的周期,降低开发成本提供理论和实验依据及监测标准。 主要技术指标和水平 1.研究出符合本国现阶段制造工艺的特种复合材料高压气瓶的结构分析和方案优化方法。 2.建立特种复合材料高压气瓶的设计标准。 3.开发一整套质量考核、验证和评价特种复合材料高压气瓶的试验装置。 4.建立一整套质量考核、验证和评价特种复合材料高压气瓶的试验标准。 5.制造出体积为20升、质量小于6Kg、工作压力为4OMpa、爆破压力为7OMpa的特种复合材料高压气瓶。 本项目的完成将使我国高压气瓶的研制由全金属压力容器向以金属为内衬的特种复合材料缠绕结构的高压气瓶迈进,从而在重量得到减轻的同时保证高压气瓶的安全可靠性,这一点无疑是具有重大的经济效益。就民用工业来说,特种复合材料高压气瓶所带来的高安全可靠性则显得更为重要。这将大大促进民用复合材料气瓶的应用和发展。例如可以使天然气汽车的天然气气瓶体积更大、更安全。由于压力容器是等部门普遍采用的一种重要的机械设备,所以该产品的的产业化前景非常光明,该产品的开发具有极其重大的社会效益。 |