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内压作用下车载储氢瓶抗典型破片冲击数值模拟研究

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压力容器 2023年第12期40卷 1-9,21页

作者：张涛贾鑫黄正祥王宇王瑞聪魏小凯南京理工大学机械工程学院南京210014

针对大质量低速破片对典型车载Ⅲ型储氢瓶的冲击行为,利用LS-DYNA有限元仿真软件建立了典型车载储氢瓶的破片冲击模型,重点研究了在不同内压及破片与瓶体不同夹角下气瓶的冲击响应,并探讨了其损伤数据的变化规律。结果表明:内压与损伤... 详细信息

针对大质量低速破片对典型车载Ⅲ型储氢瓶的冲击行为,利用LS-DYNA有限元仿真软件建立了典型车载储氢瓶的破片冲击模型,重点研究了在不同内压及破片与瓶体不同夹角下气瓶的冲击响应,并探讨了其损伤数据的变化规律。结果表明:内压与损伤深度及损伤面积都呈现出显著的负相关的关系,总体上呈现先急后缓的趋势,可见内压对于储氢瓶起到了一定的保护作用;当破片与瓶体夹角为90°时,气瓶被穿透,破片着靶角度45°比着靶角度0°对气瓶损伤效果更低;当储氢瓶内压较高时,由于纤维层被破坏,内压会对气瓶造成损伤。由此可见,内压对储氢瓶的防护效果的影响是显著的,但由于碳纤维材料特性,其防护能力较低,建议实际使用时添加外部防护单元。

关键词：储氢瓶碳纤维增强复合材料冲击损伤内部压力数值模拟

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CFRP储氢瓶缠绕路径规划及多尺度仿真研究

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CFRP储氢瓶缠绕路径规划及多尺度仿真研究

作者：赵丰武汉理工大学

学位级别：硕士

面对日益严重的能源危机和环境恶化问题,推进能源变革迫在眉睫。氢能是一种清洁能源,储氢瓶作为氢气储存的载体,要求结构强度高、质量轻。对于汽车行业,储氢瓶的研制深深影响氢燃料电池汽车的大范围推广。本文以碳纤维增强复合材料(Carb... 详细信息

面对日益严重的能源危机和环境恶化问题,推进能源变革迫在眉睫。氢能是一种清洁能源,储氢瓶作为氢气储存的载体,要求结构强度高、质量轻。对于汽车行业,储氢瓶的研制深深影响氢燃料电池汽车的大范围推广。本文以碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)储氢瓶为研究对象,结合复合材料的力学模型、材料特性,建立起纤维缠绕的数学模型,提出了纤维缠绕的设计方法。并以此为基础建立了有限元模型,采用多尺度仿真的方式,得到了纤维缠绕参数对储氢瓶的结构承载强度的交互影响规律。具体研究展开如下:(1)根据微分几何知识,对储氢瓶纤维缠绕路径进行理论设计与计算,得到了相应的数学模型,获得了纤维缠绕参数之间的变化规律。提出了针对两端等极口和两端不等极口的储氢瓶非测地线线型设计方法,并分情况讨论了不同的设计方案,为CFRP储氢瓶纤维缠绕的设计和优化提供了研究方法。(2)结合网格理论、复合材料的力学模型、储氢瓶的设计指标对CFRP储氢瓶有限元模型参数进行设计,得到了储氢瓶复合材料层中环向缠绕和螺旋缠绕的厚度、角度、层数等结构参数。制备了纤维增强复合材料标准样条,测试了材料性能,为CFRP储氢瓶有限元分析提供基本材料参数。利用Abaqus进行了精确建模,保证了建模的准确性。(3)宏观层面上,通过Abaqus分别建立了CFRP储氢瓶动载、静载有限元模型。静载状态下,详细讨论在不同的铺层方案下,储氢瓶的结构强度,复合材料层的渐进损伤等,得到复合材料的铺层方案与储氢瓶的结构强度之间的影响规律。动载状态下,分析储氢瓶在卸压状态和工作压力状态下的结构强度与力学性能,得到了纤维缠绕方式与储氢瓶抗冲击性能的交互规律,指导了CFRP储氢瓶的设计制造。(4)细观层面上,根据纤维增强树脂基复合材料的微观形貌建立RVE(Representative Volume Element)模型。采用联合仿真的方式,将CFRP储氢瓶宏观结构模型中复合材料冲击点区域的单元应变加载到RVE模型,分析了RVE模型受冲击载荷后的力学性能的差异。得出了纤维、基体及界面等细观组分材料特性对储氢瓶细观力学性能的影响规律,获得了复合材料宏-细观性能之间的内在联系。

关键词：储氢瓶非测地线多尺度力学性能

塑料内胆复合材料储氢瓶静载荷下弯曲性能研究

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塑料内胆复合材料储氢瓶静载荷下弯曲性能研究

作者：葛鹏浙江大学

学位级别：硕士

长管拖车管束集装箱在氢气的中短途运输中应用较多。塑料内胆复合材料储氢瓶（Ⅳ型瓶）的应用能提高管束集装箱的经济效益,但是大长径比Ⅳ型瓶具有瓶身长、刚度弱的特点。因此,在设计阶段应充分考虑Ⅳ型瓶的弯曲性能,以确保产品质量与... 详细信息

长管拖车管束集装箱在氢气的中短途运输中应用较多。塑料内胆复合材料储氢瓶（Ⅳ型瓶）的应用能提高管束集装箱的经济效益,但是大长径比Ⅳ型瓶具有瓶身长、刚度弱的特点。因此,在设计阶段应充分考虑Ⅳ型瓶的弯曲性能,以确保产品质量与运行安全。本文结合试验与有限元仿真方法,研究了Ⅳ型瓶静载荷下的弯曲性能。开展的主要工作如下:（1）设计并制备了缠绕工艺碳纤维复合材料弧形层合板弯曲试件（弧形层合板试件）,结合试件特点采用试件凹面接触加载头的形式开展了三点弯试验。分析讨论了不同螺旋缠绕角度的弧形层合板试件在应力—应变曲线及试件失效模式方面的区别;对试件开展了表面形貌分析,确定了将基体是否破坏作为线性段与假塑性段的临界判别点。（2）建立了缠绕工艺弧形结构弯曲性能数值分析模型。基于Hashin准则与Camanho-Matthews渐进损伤模型,初步建立了缠绕工艺弧形结构弯曲性能数值分析模型,根据试验结果对模型的四个损伤因子进行了优化;基于所建立的模型研究了螺旋缠绕角度对弧形层合板弯曲性能的影响规律。研究表明,缠绕工艺弧形结构弯曲性能数值分析模型在弦线弯曲弹性模量与弯曲强度的计算上具有较高的精度。（3）结合Ⅳ型瓶尺寸结构,建立了Ⅳ型瓶弯曲性能数值分析模型,初步得出了Ⅳ型瓶的挠度计算方法。以瓶体长度作为不变量开展研究,揭示了螺旋缠绕角度、瓶体长厚比、瓶体长径比对Ⅳ型瓶静载荷下弯曲性能的影响规律;结合多元非线性回归分析,给出了多参数影响下Ⅳ型瓶在静载荷下的挠度计算方法与适用范围。

关键词：储氢瓶静载荷弯曲性能有限元仿真挠度计算方法

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车载供氢系统发展现状及展望

发电技术 2024年

作者：张杰宋科张瀚曾云郑鹏加拿大阿尔伯塔大学机械工程系石油天然气装备教育部重点实验室(西南石油大学) 风氢源科技(苏州)有限公司

车载供氢系统作为氢燃料电池汽车的核心部件，主要用于氢气储存和调压后的氢气输出。如何实现供氢系统的氢气完全循环利用及提高氢气利用率，已成为制约氢燃料电池汽车发展的关键瓶颈之一。介绍了车载供氢系统的基本工作原理，概述了6... 详细信息

车载供氢系统作为氢燃料电池汽车的核心部件，主要用于氢气储存和调压后的氢气输出。如何实现供氢系统的氢气完全循环利用及提高氢气利用率，已成为制约氢燃料电池汽车发展的关键瓶颈之一。介绍了车载供氢系统的基本工作原理，概述了6种回氢循环供氢系统与2种非循环供氢系统模式的结构组成、工作原理和发展现状，对比了不同模式供氢系统的优缺点；梳理了车载供氢系统中储氢瓶、加氢模块、组合阀等关键部件的技术现状，并对减压阀、过流阀、手动阀等核心阀件发展现状进行了分析。最后对车载供氢系统的发展趋势和攻关方向进行了展望。

关键词：车载供氢系统回氢循环供氢模式储氢瓶组合阀

氢能源汽车70 MPa储氢瓶安全泄放特性分析

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阀门 2023年第5期 570-577页

作者：黄蕙琳王东雨许惠云訚耀保魏子航刘冬明同济大学机械与能源工程学院上海200092 未势能源科技有限公司河北保定071000

针对氢能源汽车紧急状态下高压储氢瓶快速泄放的安全要求,建立了基于R-K状态方程的车载高压储氢瓶及其安全泄放阀回路的数学模型,分析了储氢瓶安全泄放阀回路泄放过程的特性,并与火烧试验的测试结果进行了对比。研究结果表明,压力70 MP... 详细信息

针对氢能源汽车紧急状态下高压储氢瓶快速泄放的安全要求,建立了基于R-K状态方程的车载高压储氢瓶及其安全泄放阀回路的数学模型,分析了储氢瓶安全泄放阀回路泄放过程的特性,并与火烧试验的测试结果进行了对比。研究结果表明,压力70 MPa、容积57 L的储氢瓶,采用理想气体状态方程和R-K状态方程计算得到的储氢质量与实测结果的误差分别为41.35%、5.26%,理想气体状态方程不适用于高压气体;采用数学模型和CFD仿真模型得到的泄放时间理论结果与实测结果的误差分别为8.39%、4.89%;安全泄放阀回路通道中TPRD泄压装置对流场分布的影响最为显著;高压储氢瓶的出口流量与通道管径呈正相关关系,泄放时间与通道管径呈负相关关系。本文分析结果可作为氢能源汽车车载高压储氢瓶安全泄放阀回路设计和分析的理论依据。

关键词：氢能源汽车储氢瓶氢气泄放阀泄放特性 R-K状态方程

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Ⅳ型储氢瓶攥住了市场接力棒 011

Ⅳ型储氢瓶攥住了市场接力棒

中国能源报

作者：仲蕊

随着燃料电池汽车产销量攀升、示范规模加速扩大，储氢瓶需求将大幅度增加，同时也对储氢瓶性能提出更高要求。70兆帕IV型瓶凭借安全、高储氢密度、轻量化、低成本等显著优势，开始获得气瓶生产企业接力捧。不过，当前，我国市场仍以35... 详细信息

随着燃料电池汽车产销量攀升、示范规模加速扩大，储氢瓶需求将大幅度增加，同时也对储氢瓶性能提出更高要求。70兆帕IV型瓶凭借安全、高储氢密度、轻量化、低成本等显著优势，开始获得气瓶生产企业接力捧。不过，当前，我国市场仍以35兆帕III型瓶为主，IV型储氢瓶仍处于初步推

关键词：储氢瓶 III

来源： cnki报纸评论

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车载IV型储氢瓶替代进程加快 013

车载IV型储氢瓶替代进程加快

碳纤维缠绕储氢瓶的有限元自紧分析和爆破压力预测

中国能源报

作者：仲蕊

近日，未势能源自主研发的第二代70MPa IV型储氢瓶取得突破性进展，质量储氢密度达到6.1wt%，超过美国能源部设定的2025年质量储氢密度目标值5.5wt%，达到世界领先水平。 IV型储氢瓶具有长寿命、轻量化、高储氢质量比、降本空间大等优... 详细信息

近日，未势能源自主研发的第二代70MPa IV型储氢瓶取得突破性进展，质量储氢密度达到6.1wt%，超过美国能源部设定的2025年质量储氢密度目标值5.5wt%，达到世界领先水平。 IV型储氢瓶具有长寿命、轻量化、高储氢质量比、降本空间大等优势，随着燃料电池汽车产销量攀升，我国储?

关键词：储氢瓶 MPa III 燃料电池

来源： cnki报纸评论

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压力容器 2011年第8期28卷 27-34,43页

作者：张广哲王和慧关凯书华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

根据高压储氢瓶的金属内胆和外部碳纤维缠绕层的结构特点进行各向同性金属和各向异性复合材料叠层的有限元建模。考虑自紧作用与气瓶的实际工况,对气瓶在不同内压下应力和变形的弹塑性响应进行了分析。参考DOT CFFC标准对气瓶进行了自... 详细信息

根据高压储氢瓶的金属内胆和外部碳纤维缠绕层的结构特点进行各向同性金属和各向异性复合材料叠层的有限元建模。考虑自紧作用与气瓶的实际工况,对气瓶在不同内压下应力和变形的弹塑性响应进行了分析。参考DOT CFFC标准对气瓶进行了自紧设计和弹塑性加卸压模拟分析。基于渐进破坏理论,用Tsai-Wu失效准则判断复合材料失效模式,并据此修改单元刚度;利用单元生死技术,依据失效单元数目的急剧增大来预测气瓶的爆破压力,与文献试验结果相比误差很小,验证了该方法的可靠性。

关键词：储氢瓶自紧复合材料渐进失效有限元分析

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