预测低温范围内碳纤维增强塑料氢气罐的疲劳情况
来源：轻量化技术网  2022-12-13 15:28:52
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原文：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-12744.html       在碳纤维增强塑料压力罐中储存氢气时，在-240°C和350巴的低温压力下，由于微观和宏观的影响，会产生相当的机械应力，导致材料的长期疲劳。德国宇航中心纤维复合轻量化与自适应系统研究所已经开发出了材料模型，可以预测这种氢气罐的使用寿命，并考虑到这些影响。同时，这一工作成果也使得压力罐的重量优化设计成为可能。

       碳纤维增强塑料的成分的材料特性是非常不同的。在冷却时，聚合物基体收缩，而碳纤维轻微膨胀。组件的粘合形成了复合材料，阻碍了相反的热膨胀，从而产生了机械应力（微效应）。此外，由同向纤维层组成的单向复合材料，在纤维方向和跨纤维方向上的行为是不同的。在压力罐的多向层压板中，各层的这种 "各向异性"也确保了各层的热膨胀受到阻碍，从而导致各层的机械应力（宏观效应）。

       微观和宏观效应会对材料造成损伤。新开发的计算模型现在允许单独考虑微观和宏观层面的疲劳机制。与德国宇航中心科学家进行的验证实验的比较表明，这些模型在两种尺度上都很好地再现了材料的疲劳现象，并为宏观效应提供了非常好的寿命预测。该计算模型还提供了另一个非常重要的优势：微观和宏观效应对材料疲劳的个别贡献现在可以单独进行量化。这在以前的测试和计算方法中是不可能的。

       此外，该计算模型还允许对氢气容器进行重量优化设计，实现轻量化设计。
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