自紧压力对车用玻璃纤维环向缠绕气瓶疲劳次数的影响研究.pdf

0 自紧压力对车用玻璃纤维环向缠绕气瓶疲劳次数 的影响研究 2014年 10月 自紧压力对车用玻璃纤维环 向缠绕气瓶疲劳次数的影响研究 成志钢 (浙江蓝能燃气设备有限公司，浙江上虞 312369) 摘要：运用有限元分析软件，分析了不同的自紧压力对车用玻璃纤维环向缠绕气瓶疲劳次数的影响，采用新的许用应力 度一循环次数曲线代替JB4732，对不同自紧压力下的疲劳寿命进行了计算，认为如果不进行 自紧处理，无法满足气瓶疲劳试 的要求， 关键词：车用玻璃纤维环向缠绕瓶 ；有限元；应力幅度；疲劳寿命；自紧压力 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1003—0999(2014)10—0070—05 前 言 降低到与水压试验压力相同的程度，以此来避免车 车用玻璃纤维环向缠绕气瓶 (以下简称车用缠 用缠绕瓶表面环向裂纹的产生与扩展。这种做法， 瓶)在我国使用量巨大，生产厂家众多。车用缠绕 对车用缠绕瓶的使用寿命究竟有多大影响，目前为 的原理为由内胆承接部分环向载荷及全部的纵向 止没有相应的研究。 荷 ，同时起到密封充装压缩天然气的作用，缠绕层 人们已经对气瓶疲劳寿命进行r大最的研究。 担剩余的环向载荷。由于车用缠绕瓶经过 自紧处 如曾凡苏…研究了压缩天然气 (CNG)钢瓶的表面 后，缠绕层表面存在环 向裂纹，如图l所示。 划痕与疲劳寿命的关系。杨利芬l2通过应变片法研 究了大容积钢质无缝气瓶的应力，并用断裂力学分 析了气瓶的疲劳寿命。肖文刚 介绍了断裂力学在 纤维缠绕金属内衬压力容器疲劳寿命中的应力。这 些文章，都是通过断裂力学对气瓶的疲劳寿命进行 预测，同时多采用 JB4732—95(钢质压力容器一分析 设计标准》 附录C中的许用应力幅度一循环次数 曲 1 缠绕瓶 表面环 向裂纹 线对气瓶疲劳性能进行分析，但 由于JB4732标准 Fig．I Thehoopcrackonthehoop—wrappedcylin~ler 用于低许用应力的碳素钢与合金钢 ，其拟合的许用 应力幅度．循环次数，总结的数据多来 自于焊接压力 由于缠绕层仅承担环 向载荷，故表面的环 向裂 容器，材料多未经调质处理或仅经退火处理。工作 对气瓶的安全性没有影响。但对于客户来说，由 压力下许用应力低，一般只对焊缝进行射线探伤，对 认识上的差距 ，习惯 了普通钢质无缝气瓶，对表面 整体射线或者超声探伤少，各种检测标准要求比较 绕层的环向裂纹不太理解 ，认可度偏低 ，要求气瓶 低。而对于气瓶领域，对 内胆材料缺陷标准要求 、热 面裂纹少甚至没有。但 由于车用缠绕瓶本身的特 处理性能、表面质量均有更为严格的要求 ，明显高于 ，缠绕层是各向异性复合材料，内胆与缠绕层之间 普通的压力容器，故同样情况下，如果采用 JB4732 金属与非金属接触，在 自紧工艺处理后，气瓶环向 标准来对气瓶进行疲劳性能判定 ，其结果显而易见 绕层在内压的作用下，受到环向与纵向的拉应力， 趋于保守。尤其足随着气瓶的轻量化、高强化，气瓶 绕层部分为环向缠绕，纵 向不承担载荷 ，在膨胀的 最大拉伸强度已经从 880MPa提高到950MPa ，