1、復(fù)合材料氣瓶因質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用到諸多領(lǐng)域中。然而，目前對(duì)復(fù)合材料氣瓶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能分析仍存在許多不足。如在復(fù)合材料氣瓶損傷失效方面，僅分析了復(fù)合材料層的失效形式，并未給出整體結(jié)構(gòu)的失效過(guò)程；在復(fù)合材料氣瓶非測(cè)地線纏繞方面，研究只停留在改變纏繞角度，并未考慮到螺旋纏繞角對(duì)筒體纏繞層厚度再分配的影響；在復(fù)合材料氣瓶的瓶肩堆積方面，工程上只是憑借纏繞經(jīng)驗(yàn)，采用擴(kuò)孔法減少瓶肩的纖維堆積，但相關(guān)的理論研究較少。針對(duì)

2、以上存在的不足，本文結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬方法，對(duì)復(fù)合材料氣瓶的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行研究分析，主要工作及研究結(jié)果如下：
　　（1）本文采用漸進(jìn)損傷方法，模擬復(fù)合材料氣瓶的整體失效過(guò)程?；w開(kāi)裂首先出現(xiàn)在筒體復(fù)合材料層上，由等厚段向兩端擴(kuò)展；在封頭上出現(xiàn)較晚，由兩端向中心擴(kuò)展?；w全部開(kāi)裂以后，氣瓶上的纖維還保持完好。內(nèi)壓繼續(xù)增加，當(dāng)達(dá)到某一值后，筒體上的纖維出現(xiàn)了局部斷裂，與基體擴(kuò)展方向不同，纖維斷裂除了由初始位置向兩端擴(kuò)展外，還沿徑向

3、局部擴(kuò)展。纖維的斷裂極大程度上降低了氣瓶的承載能力，內(nèi)膽在纖維斷裂初始位置變形增大，然后破裂，導(dǎo)致氣瓶最終整體失效。計(jì)算得到，該類氣瓶的最終爆破壓力為112MPa，接近試驗(yàn)值108MPa。
　?。?）根據(jù)DOT-CFFC標(biāo)準(zhǔn)要求，確定復(fù)合材料氣瓶自緊壓力的變化范圍。在此基礎(chǔ)上，研究自緊壓力對(duì)氣瓶疲勞壽命的影響，結(jié)果表明筒體等厚段的等效應(yīng)力幅隨著自緊壓力的增大而增大。從而，確定出該類氣瓶的最佳自緊力約為54MPa。
　?。?）

4、針對(duì)非測(cè)地線的研究不足，本文考慮纏繞角對(duì)筒體纏繞層厚度再分配的影響，通過(guò)封頭的非測(cè)地線理論分析，得出偏差角的允許范圍，并結(jié)合偏差角對(duì)氣瓶應(yīng)變的影響，確定出其最佳值。在此基礎(chǔ)上，采用應(yīng)力分析和漸進(jìn)損傷方法，探討非測(cè)地線纏繞對(duì)氣瓶的力學(xué)性能影響，研究表明非測(cè)地線纏繞不改變氣瓶的極限承載能力，同時(shí)能提高封頭的強(qiáng)度。對(duì)于該類氣瓶，公稱工作壓力下，采用最佳偏差角纏繞的氣瓶，其封頭的內(nèi)壁和外壁在極孔附近的Mises應(yīng)力分別平均降低6.4%和4.3%

5、。對(duì)于不同偏差角的氣瓶，其爆破壓力均為112MPa，與測(cè)地線纏繞氣瓶相同。
　?。?）針對(duì)瓶肩堆積問(wèn)題，本文提出帶寬擴(kuò)孔法和極值擴(kuò)孔法。研究發(fā)現(xiàn)擴(kuò)孔不僅能夠降低極孔附近的纖維堆積，還能夠讓封頭上的纖維分配更加均勻。通過(guò)比較不同擴(kuò)孔模型模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)對(duì)于該類氣瓶采用一帶寬和一帶半寬各一次擴(kuò)孔效果最佳，能夠在保證纖維極值厚度降低31.5%的基礎(chǔ)上，降低氣瓶整體應(yīng)力水平。通過(guò)漸進(jìn)損傷分析，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)孔技術(shù)能提高氣瓶的極限承載能力。因此，在適