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面對日益惡化的環(huán)境和石油資源的枯竭,使得作為清潔能源應用典型的CNG氣瓶的使用逐年增加,CNG汽車在國內逐漸推廣使用。CNG-2氣瓶由金屬內襯和外層纏繞的高強度纖維增強復合材料組成,由于其質量輕、強度高和安全可靠等優(yōu)點得到了廣泛的應用。使用過程中,CNG氣瓶也出現(xiàn)了一些故障和爆炸事故,從而導致氣瓶的安全分析和研究越來越受到關注。論文以CNG-2氣瓶為研究對象,探討了氣瓶的應力分析、疲勞分析、缺陷分析三個方面的內容。 論文借助ANSYS有限元分析軟件,對鋼內膽玻璃纖維纏繞的CNG-2氣瓶進行了分析,利用有限元前處理程序建立了可以用于復合材料氣瓶計算的力學模型。通過建模分析,得到了氣瓶在自緊壓力、水壓、零壓、工作壓力及爆破壓力下的應力分布,驗證了自緊的必要性;對計算過程是否需要考慮幾何非線性的影響作了討論,結果顯示幾何非線性會對應力分布產生一定的影響。 論文研究了CNG-2氣瓶的自緊原理及其實現(xiàn)方案,探討了自緊壓力對氣瓶最大應力分布、整體應力分布及氣瓶疲勞壽命的影響,并對自緊壓力進行了優(yōu)化。計算表明,隨著自緊壓力的增大,卸載后（即零壓力下）內膽的環(huán)向壓應力線性增大;工作壓力下內膽的Von Mises應力減小而纖維層的應力線性增大,從而證明,合理的自緊工藝可以顯著改善工作壓力下內膽和纖維的應力分配,而平均應力則隨著自緊壓力的增大而降低。綜合考慮,得出了最佳自緊壓力為36MPa的結論。 論文介紹了鋼內膽和復合材料的疲勞機理及提高抗疲勞性能的途徑,在此基礎上,分別對復合材料和內膽進行了疲勞分析,結果表明自緊后內膽的疲勞壽命由20240次增至100000次,提高了內膽的疲勞壽命。 論文參照GB/T19624-2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》標準對CNG-2氣瓶存在的凹坑缺陷進行了安全分析和評定,分析表明,這類缺陷對氣瓶的內膽和纖維層的最大應力及應力幅有較大影響,在缺陷長度和寬度保持不變的情況下,隨著凹坑深度的增大,內膽的應力幅隨之增加,而纖維層的最大Von Mises應力亦增大,因此,缺陷會縮短氣瓶使用壽命,帶來安全隱患。…… 
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