[發(fā)明專利]一種高壓儲氫氣瓶封頭擴孔纏繞設計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210983762.2
• 申請日: 2022-08-16
• 公開（公告）號: CN115392078A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設計）人: 金碧輝;何春輝;孫磊;成志鋼;鄒宏偉
• 申請（專利權）人: 張家港氫云新能源研究院有限公司;江蘇國富氫能技術裝備股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陳望坡

1.一種高壓儲氫氣瓶封頭擴孔纏繞設計方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟(1)：根據碳纖維材料物理屬性、設計爆破壓力和內襯結構，采用網格理論預計算筒段的螺旋纏繞角度、螺旋纏繞層厚度、以及環(huán)向纏繞層厚度；

步驟(2)：根據步驟(1)得到的筒段螺旋纏繞角度、筒段螺旋纏繞層厚度、以及筒段環(huán)向纏繞層厚度計算出筒段螺旋纏繞層爆破壓強、筒段環(huán)向纏繞層爆破壓強、以及筒段環(huán)向纏繞層爆破壓強與筒段螺旋纏繞層爆破壓強的爆破壓強比η；

步驟(3)：判斷步驟(2)得到的爆破壓強比η是否滿足0.6≤η≤0.7，如果不滿足，則跳轉執(zhí)行步驟(4)；如果滿足，則跳轉執(zhí)行步驟(5)；

步驟(4)：重新調整筒段螺旋纏繞層厚度與筒段環(huán)向纏繞層厚度，并根據調整后的筒段螺旋纏繞層厚度與筒段環(huán)向纏繞層厚度采用網格理論重新預計算出調整后的筒段螺旋纏繞層爆破壓強、筒段環(huán)向纏繞層爆破壓強、以及筒段環(huán)向纏繞層爆破壓強與筒段螺旋纏繞層爆破壓強的爆破壓強比η，判斷調整后的爆破壓強比η是否滿足0.6≤η≤0.7，如果不滿足，則重復步驟(4)，如果滿足，則跳轉執(zhí)行步驟(5)；

步驟(5)：根據網格理論預計算出的符合爆破壓強比要求的筒段螺旋纏繞層厚度及筒段環(huán)向纏繞層厚度，對氣瓶封頭進行擴孔纏繞鋪層方案設計；

步驟(6)：根據氣瓶封頭擴孔纏繞鋪層方案，采用纏繞模擬軟件進行纏繞合理性分析并計算輸出封頭平行圓處所對應的復合材料厚度及纏繞角度；

步驟(7)：將步驟(6)得到的計算結果導入建模軟件中進行復合材料的有限元建模；

步驟(8)：根據步驟(7)中所建立的復合材料有限元模型進行有限元仿真計算并校核第一主應力σ，判斷所計算出的第一主應力σ是否滿足σ≤σ_b，σ_b為復合材料纖維方向的拉伸強度；如果不滿足，則重新調整氣瓶封頭的擴孔纏繞鋪層方案并跳轉執(zhí)行步驟(6)；如果滿足，則輸出纏繞機可識別G代碼，進行實際纏繞。

2.根據權利要求1所述的一種高壓儲氫氣瓶封頭擴孔纏繞設計方法，其特征在于：在步驟(1)中，用于網格理論預計算的碳纖維材料物理屬性包括：碳纖維密度、碳纖維線密度、單束紗展紗后的帶寬寬度、纖維體積含量、纖維發(fā)揮強度，復合材料纖維方向的拉伸強度。

3.根據根據權利要求1所述的一種高壓儲氫氣瓶封頭擴孔纏繞設計方法，其特征在于：在步驟(1)中，螺旋纏繞角度根據測地線纏繞角度計算，具體計算公式如下：

其中，α₀為螺旋纏繞角度，r₀為極孔半徑，R為內襯筒段半徑。

4.根據根據權利要求3所述的一種高壓儲氫氣瓶封頭擴孔纏繞設計方法，其特征在于：在步驟(1)中，筒段螺旋纏繞層厚度的具體計算公式如下：

其中，t_α為筒段螺旋纏繞層厚度，R為內襯筒段半徑，P_b為設計爆破壓力，σ_b為復合材料纖維方向的拉伸強度，K₁為螺旋纏繞纖維強度發(fā)揮系數，K₁≤1，α₀為螺旋纏繞角度；

筒段環(huán)向纏繞層厚度的具體計算公式如下：

其中，t_θ為筒段環(huán)向纏繞層厚度，R為內襯筒段半徑，P_b為設計爆破壓力，σ_b為復合材料纖維方向的拉伸強度，K₂為環(huán)向纏繞纖維強度發(fā)揮系數，K₂≧1，α₀為螺旋纏繞角度。