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申请/专利权人：青岛理工大学

摘要：本发明属于塑料内胆碳纤维全缠绕氢气瓶可靠性设计与计算领域，具体公开一种塑料内胆碳纤维全缠绕氢气瓶的轻量化设计方法。用于解决塑料内胆碳纤维全缠绕氢气瓶的生产成本高的问题。包括：在封头的赤道位置设置突起，封头局部补强，确定扩孔方案；在氢气瓶的原始碳纤维缠绕层数的基础上，进一步减少碳纤维缠绕层数，设计碳纤维缠绕方案；调整碳纤维环向缠绕层位置及碳纤维螺旋缠绕角度；进一步减少碳纤维螺旋缠绕层数，增加碳纤维环向缠绕层数，获得轻量化设计方案。本发明通过封头局部补强能够承受部分压力，从而降低碳纤维缠绕层的应力，进而减少缠绕层的碳纤维用量，有利于满足承载要求的同时实现轻量化，极大节约生产成本。

主权项：1.一种塑料内胆碳纤维全缠绕氢气瓶的轻量化设计方法，其特征在于，所述塑料内胆碳纤维全缠绕氢气瓶由塑料内胆以及位于塑料内胆外侧的碳纤维缠绕层组成，所述碳纤维缠绕层包括碳纤维环向缠绕层和碳纤维螺旋缠绕层，所述塑料内胆包括封头、筒身和极孔；包括以下步骤：S1、封头形状轻量化设计：在封头的赤道位置设置突起；S2、封头局部补强设计：首先，分析补强部位的碳纤维缠绕厚度和角度对补强部位应力大小的影响规律，确定补强部位的最佳碳纤维缠绕方案，补强部位的碳纤维缠绕层的厚度与突起的高度一致；其次，根据补强部位的碳纤维缠绕层的层数，设计多个补强部位的碳纤维缠绕层的扩孔方案，根据不同扩孔方案下的碳纤维应力分布及极孔处碳纤维堆积高度，确定最佳扩孔方案；S3、碳纤维缠绕层数设计：在氢气瓶的原始碳纤维缠绕层数的基础上，进一步减少碳纤维缠绕层数，设计碳纤维缠绕方案，然后，根据碳纤维缠绕方案建立氢气瓶模型，在氢气瓶内壁施加最小设计爆破压力，提取碳纤维缠绕层纤维方向的应力以及剪切应力，在碳纤维缠绕层纤维方向的应力以及剪切应力分别满足许用应力的基础上，选择缠绕层数最少的方案；S4、碳纤维环向缠绕层位置及碳纤维螺旋缠绕角度的设计：在步骤S3得到的碳纤维缠绕方案的基础上，不改变碳纤维缠绕层数，调整碳纤维环向缠绕层位置及碳纤维螺旋缠绕角度，设计多组碳纤维缠绕方案，然后，根据碳纤维缠绕方案建立氢气瓶模型，在氢气瓶内壁施加最小设计爆破压力，分析碳纤维环向缠绕层位置及碳纤维螺旋缠绕角度对氢气瓶承载能力的影响；S5、在步骤S4的基础上，进一步减少碳纤维螺旋缠绕层数，增加碳纤维环向缠绕层数，获得轻量化设计方案，并根据轻量化设计方案建立氢气瓶模型，在氢气瓶的内壁施加最小设计爆破压力，验证氢气瓶的承载能力，如果氢气瓶的承载能力满足承载要求，则完成氢气瓶的轻量化设计。

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