[发明专利]IV型车载储氢气瓶充气压力确定方法及系统

说明书

本发明公开一种IV型车载储氢气瓶充气压力确定方法及系统，涉及工程制造技术领域。所述方法包括：对气瓶内衬三维有限元模型进行屈曲分析，得到临界屈曲载荷；根据缠绕纤维的纤维缠绕角度、环向纤维总厚度、螺旋纤维总厚度、环向缠绕单层厚度和螺旋缠绕单层厚度计算IV型车载储氢气瓶上各层缠绕纤维的缠绕张力；根据缠绕张力得到缠绕到缠绕纤维时，缠绕纤维的剩余张力；根据各层缠绕纤维的剩余张力以及各层缠绕纤维的缠绕张力得到每层缠绕纤维对气瓶内衬所施加的外压；根据所有层缠绕纤维对气瓶内衬所施加的外压确定缠绕层对内衬的总外压值；根据缠绕层对内衬的总外压值和临界屈曲载荷确定充气压力范围。本发明可以提高充气压力的准确性。

技术领域

本发明涉及工程制造技术领域，特别是涉及一种IV型车载储氢气瓶充气压力确定方法及系统。

背景技术

IV型车载储氢气瓶采用工程塑料作为储氢气瓶内胆，刚度低，更易出现内胆屈曲失稳的现象。其中，在工程制造中进行纤维缠绕时，缠绕层会对气瓶内胆产生径向外压，从而导致内胆屈曲失稳的现象发生。目前工程制造中常常采用在纤维缠绕时对气瓶内衬充气的方法，防止缠绕过程中内胆发生屈曲失稳。

但目前尚未有具体的IV型车载储氢气瓶纤维缠绕过程中充气压力的确定方法，现有技术通过第一层纤维层对内衬施加的外压与临界载荷相差得到其范围下限，基于缠绕稳定后纤维层对内衬施加的外压与临界载荷相差得到其范围上限，但是在缠绕过程中，外层缠绕层对内层缠绕层的张力存在削弱作用，当外层缠绕层对其削弱作用达到一定程度，将使得内层缠绕层发生松弛，失去对内衬的压力作用，并且现有技术忽略了部分内层缠绕层的剩余张力，当内层缠绕层外缠绕两层缠绕层后，现有技术认为内层缠绕层失去对内衬的压力作用，但是在实际工程制造过程中，在进行每一层缠绕时，其充气压力是不断变化的，造成根据现有技术确定的充气压力并不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种IV型车载储氢气瓶充气压力确定方法及系统，可以提高充气压力的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种IV型车载储氢气瓶充气压力确定方法，包括：

基于有限元法，构建IV型车载储氢气瓶的气瓶内衬三维有限元模型；

对所述气瓶内衬三维有限元模型进行屈曲分析，得到临界屈曲载荷；

根据IV型车载储氢气瓶阀座端纤维的缠绕半径、IV型车载储氢气瓶的外径、IV型车载储氢气瓶的爆破压力期望值、IV型车载储氢气瓶上缠绕纤维占复合层体积百分比、IV型车载储氢气瓶上缠绕纤维的环向纤维失效应力、IV型车载储氢气瓶上缠绕纤维的螺旋纤维失效应力、IV型车载储氢气瓶上缠绕纤维的碳纤股数、IV型车载储氢气瓶上缠绕纤维的中每股纱的截面积、IV型车载储氢气瓶上缠绕纤维的螺旋带宽和IV型车载储氢气瓶上缠绕纤维的的环向带宽计算所述IV型车载储氢气瓶上缠绕纤维的纤维缠绕角度、环向纤维总厚度、螺旋纤维总厚度、环向缠绕单层厚度和螺旋缠绕单层厚度；

根据所述IV型车载储氢气瓶上缠绕纤维的纤维缠绕角度、环向纤维总厚度、螺旋纤维总厚度、环向缠绕单层厚度和螺旋缠绕单层厚度计算所述IV型车载储氢气瓶上各层缠绕纤维的缠绕张力；所述缠绕张力为螺旋缠绕张力或环向缠绕张力；

对于任意一层缠绕纤维，根据所述IV型车载储氢气瓶上所述缠绕纤维的缠绕张力得到缠绕到所述缠绕纤维时，所述缠绕纤维的剩余张力；

根据每一层所述缠绕纤维的剩余张力以及各层缠绕纤维的缠绕张力得到每层缠绕纤维对气瓶内衬所施加的外压；

根据所有层缠绕纤维对气瓶内衬所施加的外压确定缠绕层对内衬的总外压值；

根据所述缠绕层对内衬的总外压值和所述临界屈曲载荷确定IV型车载储氢气瓶充气压力范围。