摘要：为了提高压缩天然气(CNG)汽车的续驶里程,将CNG气瓶工作压力由20MPa提高到35MPa,同时采用高强度、低成本、储量丰富的新型缠绕纤维——玄武岩纤维来替代传统碳纤维和玻璃纤维,设计出车用35MPa玄武岩纤维缠绕复合材料气瓶。通过薄膜理论和网格分析法计算出复合材料气瓶内衬和纤维缠绕层基本结构参数,利用ANSYSWorkbenchACP模块建立1/2气瓶模型,数值模拟了气瓶在各种工况下的强度和稳定性。结果表明:①铝合金内衬在35MPa工作压力下,最大应力位于封头和筒身的过渡段,其值为166.19MPa,小于铝合金内衬屈服强度的60%即177.6MPa;②环向缠绕层和螺旋缠绕层在爆破压力119MPa下的最大应力分别为3742.6MPa和3490.6MPa,满足玄武岩增强纤维抗拉强度(3000~4840MPa)的范围,符合DOT-CFFC铝合金内衬全缠绕复合材料气瓶的相关要求;③新型材料玄武岩纤维可以替代碳纤维和玻璃纤维缠绕在CNG气瓶上,能够满足气瓶的承压要求,安全可靠。结论认为,将目前常用的车用CNG气瓶工作压力由20MPa提高到35MPa可行,该研究成果有助于天然气汽车的应用推广。

关键词：车用cng气瓶 压力升级 复合材料 玄武岩纤维缠绕 结构设计 

单位：西华大学汽车与交通学院; 610039; 西华大学材料科学与工程学院; 成都工贸职业技术学院; 本刊第八届编委会; 中国石油学会第九届天然气专业委员会