发布时间:2023-11-21 浏览人数:人
结果显示:S玻璃纤维IV型瓶变形量为10.873mm,T700级碳纤维IV型瓶变形量为10.176mm,KevlarIV型瓶变形量为1.0845mm;三者的弹性应变分别为0.26812、0.25658和0.073177。此外,S玻璃纤维IV型瓶的最大主应力为1105.9MPa,碳纤维IV型瓶的应力为1168.2 MPa, Kevlar IV型瓶的应力是1389.4MPa。研究得出结论,在应力和应变可接受的范围内,Kevlar是一种适用于氢气压力容器的材料。
在结构设计时,储氢瓶的几何结构简化为由三部分组成:内衬、凸台和复合材料层,其总长度为840毫米,圆柱形零件长度为538毫米,铝制凸台直径为80毫米,长度为92毫米,结构尺寸如下图所示。
使用SOLIDWORKS软件,通过最初设计符合指定尺寸的塑料内衬来创建几何形状,然后将设计扩展到铝凸台,最后根据给定的厚度设计复合材料层。几何结构的总体结构如下图所示。
使用SOLIDWORKS设计几何体后,将其导入到ANSYS Structural中。在ANSYS中,塑料内衬采用高密度聚乙烯材料,而凸台采用采用铝6061-T6,复合材料层最初使用S-玻璃纤维材料构建。
采用四面体法生成了质量较好的模型网格,网格尺寸为2 mm,该网格包括1439909个节点和827246个单元,boss层包括166372个节点和96411个单元,而复合材料层包括1347921个节点和748189个单元,其网格如下图所示。
随后对比研究是通过施加70MPa的内部压力而产生的,同时通过将T700级碳纤维和Kevlar这两种材料应用于复合材料层来重复这项研究,并对每种材料产生结果进行分析,三种纤维的主要性能对比如下表所示。
性能指标 | S-glass | Carbon fiber T700 | Kevlar |
---|---|---|---|
体密度 (Kg/m3) | 2000 | 1580 | 1439 |
杨氏模量 (GPa) (E1, E2, E3) | 50,8,8 | 135,9.66,9.66 | 124,6.84,6.84 |
泊松比 | 0.3,0.,0.3 | 0.25,0.25,0.41 | 0.36 |
拉伸强度 (MPa) | 4650 | 4900 | 3000 |
对S-玻璃纤维、T700级碳纤维和Kevlar三种材料进行了三次单独的分析。对于S-玻璃纤维压力容器的分析,最大变形为10.873 mm,最大弹性应变为0.26812,最大应力为1530 MPa(如下图所示)。
研究结果表明,在所有测试材料中,Kevlar的变形最小,值为1.0845 mm。此外,S玻璃纤维的最大主应力为1105.9,低于拉伸强度。与之相比,T700碳纤维的最大主应力为1168.2,也低于拉伸强度。
综上所述,本研究的目的是研究储氢罐在70MPa内压下的性能。分析中使用了三种不同的材料,即Kevlar、T700级碳纤维和S-玻璃纤维。所获得的结果揭示了这些材料在施加压力下的行为。分析表明,测得Kevlar材料的总变形为1.0845,弹性应变为0.073177,表明Kevlar材料表现出在不过度变形的情况下承受所施加的压力的能力。
由于该研究主要利用软件模拟分析,研究人员将模拟结果与此前其他研究人员的结果进行了对比,在T700碳纤维弹性应变被确定为0.25658,该值与Shitanshu研究结果一致,后者记录的弹性应变约为0.160。这意味着碳纤维在特定的内部压力下表现出可预测和预期的行为。
在主应力分析上,T700碳纤维材料获得的结果与Park报告的结果一致,后者发现主应力为1095MPa。在这项研究中,计算得出的主应力为1168.2MPa,这两项研究之间的一致性为所获得的结果增加了可信度。