[发明专利]一种气瓶受外物撞击后的爆破强度评估方法

说明书

本发明公开了一种气瓶受外物撞击后的爆破强度评估方法，先基于ABAQUS软件进行碳纤维复合材料本构的二次开发，建立有限元分析模型；再利用ABAQUS软件并基于所述有限元分析模型对气瓶进行有限元分析，评估出气瓶受外物撞击后所能承受的最大内压，即气瓶受外物撞击后的爆破强度值。本发明综合考虑特定内压下的气瓶受撞击过程动态响应、内胆局部变形及碳纤维复合材料连续损伤特性，建立的评估方法弥补了现有技术中试验方法成本高、耗时长的问题，可以实现钢内胆碳纤维复合材料缠绕气瓶的高效合理预测，使用范围广，具有工程应用价值。

技术领域

本发明涉及安全工程技术领域，尤其是一种气瓶受外物撞击后的爆破强度评估方法。

背景技术

钢内胆碳纤维复合材料缠绕气瓶因具有质量轻、强度高、抗疲劳性能好和结构设计灵活等优点，在加氢站储氢、长管拖车气体储运及国防军工等领域得到了广泛应用。然而，碳纤维复合材料对撞击损伤比较敏感，当气瓶受到外物撞击载荷作用时，会在材料内部形成基体开裂、纤维断裂和层间分层等损伤，导致气瓶强度降低，形成安全隐患。为避免气瓶盲目使用或不必要的报废，需要对钢内胆碳纤维复合材料缠绕气瓶受外物撞击后的爆破强度进行评估，以达到既保证安全又减少经济损失的目的。

目前，钢内胆碳纤维复合材料缠绕气瓶受外物撞击后的爆破强度研究主要集中在试验方面，需要耗费大量的时间、人力和物力。对于综合考虑特定内压下外物撞击过程动态响应、内胆局部变形及碳纤维复合材料连续损伤特性的钢内胆碳纤维复合材料缠绕气瓶的爆破强度数值预测方法研究尚缺乏。上述情况为钢内胆碳纤维复合材料缠绕气瓶受外物撞击后的爆破强度高效合理评估带来了困难。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种气瓶受外物撞击后的爆破强度评估方法，弥补了现有技术中试验方法成本高、耗时长的问题，可实现钢内胆碳纤维复合材料缠绕气瓶的高效合理预测，使用范围广，具有工程应用价值。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

一种气瓶受外物撞击后的爆破强度评估方法，该气瓶为钢内胆碳纤维复合材料缠绕气瓶，包括以下步骤：

S1，建立碳纤维复合材料连续损伤本构模型；

S2，基于ABAQUS/VUMAT用户自定义本构子程序模块，编写步骤S1中的碳纤维复合材料连续损伤本构模型的本构子程序；

所述本构子程序：从ABAQUS/Explicit主程序中调取并根据碳纤维复合材料在上一计算步的应力张量和应变张量，计算碳纤维复合材料在当前计算步的应力张量和应变张量；

所述应力张量用{σ}表示，且{σ}＝{σ₁₁,σ₂₂,σ₃₃,σ₁₂}^T，σ₁₁、σ₂₂、σ₃₃、σ₁₂均为应力分量，分别表示不同方向的应力分量；

所述应变张量用{ε}表示，且{ε}＝{ε₁₁,ε₂₂,ε₃₃,ε₁₂}^T，ε₁₁、ε₂₂、ε₃₃、ε₁₂均为应变分量，分别表示不同方向的应变分量；

方向1为碳纤维复合材料的纤维轴向，方向2表示碳纤维复合材料面内垂直于纤维轴向的方向，方向3表示碳纤维复合材料的厚度方向；

应力分量σ_ij中，下标i表示应力分量在法线方向与方向i平行的平面内，下标j表示应力分量方向与方向j平行；应力分量σ_ii表示应力分量方向与方向i平行；