复合材料气瓶在搬运,装卸以及使用过程中,会受到意外撞击或跌落,这种撞击或跌落对气瓶的影响,可能会导致气瓶在使用中出现泄露和破坏,为了保证气瓶安全使用,对复合材料气瓶冲击性能的研究一直是该系列产品的一个重要课题。本文综合运用理论分析,有限元仿真计算并结合实验针对复合材料气瓶作了冲击力学性能研究。 本文用有限元分析软件ANSYS中的LS-DYNA分别对复合材料气瓶以及铝胆做了跌落仿真分析,跌落方式分别为垂直、水平和45度角方向,跌落速度依次取为3m/s、4m/s和5m/s。跌落又分为不加内压、加1MPa内压到3MPa内压几种情况。由仿真计算得出气瓶在不同条件下所受到冲击力的大小,内部各点在冲击过程中应力的变化情况,确定出在各种情况下受力最大点(即危险点)的位置,同时,也得出气瓶在冲击过程中速度、加速度变化、能量变化、结构形状变化以及冲击力作用时间等结果。 仿真结果表明跌落冲击作用时间短,作用力变化范围大针对这些特点,参照仿真计算结果,本文设计了一套跌落实验方案,搭建了实验平台,在气瓶的危险点位置布置应变片,选择合适的采样频率,以大理石模拟地面,悬挂到与跌落仿真计算同样的高度做自由落体,用动态应变仪和信号采集处理分析仪等仪器采集、记录实验数据。另外,采用敲击锤对气瓶沿轴向与坏线方向还作了敲击实验。通过实验,检验了仿真计算模型的准确性,也更真实的反映出气瓶冲击响应机理,为理论分析提供了可靠依据。 本文通过理论分析、仿真计算和实验,最后对提高复合材料气瓶耐撞性能设计提出几点建议,几何特征方面,对封口处进行加厚处理,以减少应力集中的影响;结构特征方面,保证复合材料厚度与铝胆厚度之比在一个合适的范围内;此外,纤维的缠绕角度以纵环向同时加强为佳。