(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211162525.6 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 中国石油大 学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西 路66号 (72)发明人 张倩　闫九澎　蒋文春　王炳英　 白江坤　杜洋　罗云　 (74)专利代理 机构 青岛中天航远知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 37391 专利代理师 王佳凡 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) B29C 70/30(2006.01) B29C 70/54(2006.01)G16C 60/00(2019.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种复合材料储氢气瓶纤维缠绕时内胆充 压值的计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种复合材料储氢气瓶纤维 缠绕时内胆充压值的计算方法。 纤维缠绕层对气 瓶内胆产生的外压P外包括环向缠绕层对气瓶内 胆产生的外压和螺旋缠绕层对气瓶内胆产生的 外压； 内胆的临界失稳载荷值Pcr的确定首先进 行前屈曲分析， 最后 在前屈曲分析的基础上进行 后屈曲分析， 得到内胆的临界失稳载荷即为Pcr； 纤维缠绕时内胆充压值P充为P充＝P外‑Pcr， 即可完 成复合材料储氢气瓶纤维缠绕时内胆充压值的 计算。 本发明适用于各类复合材料储氢气瓶， 便 于改变缠绕张力、 缠绕角度、 缠绕层数、 缠绕带宽 及厚度等参数， 进而 得到不同缠绕方式下气瓶内 胆的充压值， 通过屈曲分析确定气瓶内胆的临界 失稳载荷， 使计算得到的内胆充压值更加贴近实 际， 其算简便， 流 程简单， 便 于工程应用。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115495951 A 2022.12.20 CN 115495951 A 1.一种复合材料储氢气瓶纤维缠绕时内胆充压值的计算方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： (1)纤维缠绕层对气瓶内胆产生的外 压P外的计算： 纤维缠绕层对气瓶内胆产生的外压P外包括环向缠绕层对气瓶内胆产生的外压和螺旋 缠绕层对气瓶内胆产生的外 压； (1.1)环向缠绕层对气瓶内胆产生的外 压P外1的计算： 设某层环向缠绕层带宽为a， 单层环向缠绕纤维张力为F1， 气瓶内胆外半径为R， 环向缠 绕层对气瓶内胆产生的外压为P外1， 取内胆模型的一半进行分析， 环向缠绕层对气瓶内胆产 生的外压与缠绕张力处于平衡 状态： 其中Fn为第n层的缠绕张力， an为第n层的缠绕带宽， n 为环向缠绕层数； n层环向纤维缠绕层对气瓶内胆产生的外 压： (1.2)螺旋缠绕层对气瓶内胆产生的外 压P外2的计算： 设某层螺旋缠绕层带宽为b， 单层螺旋缠绕纤维张力为F2， 缠绕角度为α， 螺旋缠绕层对 气瓶内胆产生的外 压为P外2， 螺旋缠绕层对气瓶内胆产生的外 压与缠绕张力处于平衡 状态： 其中Fm为第m层的缠绕张力， bm为第m层的缠绕带宽， m为螺旋缠绕层数， αm为第m层的缠 绕角度； m层螺旋纤维缠绕层对气瓶内胆产生的外 压： 因此， n层环向纤维缠绕层加m层螺旋纤维缠绕层在缠绕张力的作用下， 对气瓶内胆产 生的外压总和， 即纤维缠绕层对气瓶内胆产生的外 压P外为： (2)内胆的临界失稳 载荷值Pcr的计算： (2.1)特征屈曲分析 通过ABAQUS有限元分析软件建立模型， 设置弹性模量、 泊松比， 分析步设置为Linear   perturbation ‑Buckle， 利用子空间法提取屈曲特征值， 设置内胆外表面施加的载荷值， 设 置边界约束条件， 并划分网格， 采用实体网格C3D8R， 编辑关键字， 添加命令： *nodefile， global＝yes， lastmode＝1， U， 提交计算； (2.2)后屈曲分析 在特征屈曲分析原有设置的基础上， 用static ‑riks分析步替换原有的Linear   perturbation ‑Buckle分析步， 设置最大载荷比例系数， 设置初始弧长增量步以及最大弧长权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115495951 A 2增量步， 以及最大增量步数， 编辑 关键字， 添加命令： *imperfection， file＝job ‑qianququ， step＝1， 1， 10e ‑2， job‑qianququ为特征屈曲分析时生成的位移文件， 其他参数设置与特征 屈曲分析一致， 计算完成后， 输出每一个增量步的载荷比例系数LPF值与弧长增量Arc   Length值， 并做成曲线图， 通过观察曲线斜率变化情况， 确定复合材料储 氢气瓶内胆的临界 失稳载荷， 在气瓶失稳前， 载荷比例系数LPF值与弧长增量Arc  Length值呈线性关系， 当曲 线斜率发生明显变化时， 此时的载荷比例系 数LPF值即复合材料储氢气瓶内胆的临界失稳 载荷Pcr； (3)计算出P外及Pcr后， 纤维缠绕时内胆充压值P充为： P充＝P外‑Pcr                                 (6) 即可完成复合材 料储氢气瓶纤维缠绕时内胆充压值的计算。 2.根据权利要求1所述的一种复合材料储氢气瓶纤维缠绕时内胆充压值的计算方法， 其特征在于， ， 步骤(2.1)中， 提取的屈曲特 征值为前5‑50阶。 3.根据权利要求2所述的一种复合材料储氢气瓶纤维缠绕时内胆充压值的计算方法， 其特征在于， 步骤(2.1)中， 提取的屈曲特 征值为前10阶。 4.根据权利要求1所述的一种复合材料储氢气瓶纤维缠绕时内胆充压值的计算方法， 其特征在于， 步骤(2.1)中， 所述内胆外表面施加的载荷值 为1Mpa。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115495951 A 3