肖杰立, 饶 聪, 沈 伟, 陆伟国

(核工业第八研究所，上海 201800)

随着“国六”标准的公布，汽车行业面临着加速转型，氢燃料电池汽车备受关注。供氢系统是氢燃料电池汽车的核心系统之一，而储氢气瓶则是供氢系统的主要部件。

目前，储氢气瓶主要是铝内胆碳纤维缠绕气瓶，即Ⅲ型气瓶。各国标准对Ⅲ型气瓶的设计流程和参考公式无明确规定，主要采用有限元分析与破坏性试验相结合的方式来验证设计及产品质量。缐永兴[1]验证了环/螺交替缠绕能更好发挥纤维强度。林松等人[2]研究了聚酰亚胺纤维在复合材料气瓶上的应用。付敏等人[3]用数值模拟方法分析金属内衬的屈曲模态，与试验结果相符。李地红等人[4]开发了纤维缠绕过程模拟软件。HARADA等人[5]提出考虑纤维体积分数影响的气瓶爆破压力预测方法。ZU等人[6]基于非测地线缠绕设计缠绕参数，并通过有限元分析了爆破压力。ZHANG等人[7]提出了预测储氢瓶封头厚度和设计内衬气压的方法。FERNANDES等人[8]用有限元法设计了船用自给式呼吸器气瓶并测试合格。MOHAMMAD等人[9]基于遗传算法优化了气瓶的屈曲载荷和重量并验证。CAMARA等人[10]类比单向增强板与纤维缠绕压力容器的失效并确定强度和失效概率。LIU等人[11]用迭代算法优化缠绕角和缠绕张力，提高容器承载能力。

现有的研究主要关注对具体气瓶的性能预测及优化，而对气瓶铺层的初步设计关注较少。目前，气瓶设计主要依赖有限元方法的多次试算，效率不高。因此，有必要研究既便捷又能满足要求的铺层设计新方法。……