由宏新 陈 营 苏镜元

（大连理工大学化工机械学院）

CNG-2环向缠绕气瓶纤维缠绕残余预应力的优化设计

由宏新*陈 营 苏镜元

（大连理工大学化工机械学院）

复合材料气瓶压力容器的纤维缠绕预应力对容器的性能有很大的影响，合理设计纤维预应力可提高复合材料容器的综合性能。借助ANSYS有限元软件，建立了带有纤维缠绕残余预应力的环向缠绕气瓶的有限元参数化模型。在模型中，将纤维缠绕层视为复合材料层合板。按照GB 24160—2009《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》的规定，并结合各工况下应力水平的要求建立数学模型，对环向缠绕气瓶的纤维缠绕残余预应力进行优化，得到纤维缠绕残余预应力的最优值，使内胆在工作压力下有较低的应力水平，提高了气瓶的可靠性。关键词 复合气瓶 纤维缠绕 预应力 优化设计 压力容器

0 前言

压缩天然气 （CNG）汽车的发展非常迅速，车载高压气瓶是汽车的关键部件之一。钢质内胆环向缠绕气瓶是车载高压气瓶的主要发展方向之一，该类气瓶具有质轻、强度高、气密性好、可靠性高及生产成本低廉等优点[1-2]。因此对复合气瓶研究具有十分重要的意义。

纤维缠绕是复合气瓶的主要成型步骤之一，其中纤维预应力控制是一个比较重要的关键技术，对制品质量影响极大[3]。纤维预应力对复合结构的力学性能的影响，受到许多学者的关注。Cohen[4]采用实验设计方法 （DOE）确定了在缠绕工艺过程中纤维预应力对缠绕结构力学性能的影响，发现提高预应力可有效地增加在纤维缠绕结构中的缠绕层的纤维体积百分比，从而提高结构的强度。……