汽車用CNG鋼瓶應力與疲勞壽命分析

通過有限元分析法，驗證了計算選用的CNG鋼瓶在熱－固耦合作用下應力滿足GB150要求，在無表面劃痕情況下疲勞壽命滿足GB17258要求。在此前提下，對表面存在劃痕的鋼瓶進行數值模擬研究，結果表明:缺口應力隨缺口深度增加而明顯增加，受缺口長度的影響并不顯著; 鋼瓶的疲勞壽命隨環向缺口的加深而遞減。

天然氣作為一種汽車清潔燃料，正日益受到世界各國的廣泛重視。而天然氣氣瓶中盛裝的壓縮天然氣主要成分是甲烷，屬一級可燃氣體，甲類火災危險性，爆炸極限為5%～15%，最小點火能量僅為280kJ，對空氣的相對密度為0．55，擴散系數為0． 196，燃燒速度快，燃燒熱值高同時，儲存的天然氣自身成分會對鋼瓶造成腐蝕，加上使用環境和方法等因素，如受到劇烈的撞擊或漏氣導致遇火燃燒、爆炸等，都是CNG鋼瓶潛在的危險。

對于天然氣鋼瓶的危險性，已進行了大量的研究。聯合研究是其中較為全面的: 他們對內部帶有半橢圓型裂紋的氣瓶的圓筒中心段金屬襯里進行了建模分析，計算了應力集中因子和裂紋嘴擴展位移; 討論了襯里材料、氣瓶所受內壓和裂紋長度對氣瓶斷裂行為的影 響; 同 時分 析了全鋁氣瓶上常見的裂紋———近似5倍壁厚長度的細微裂紋，計算這種裂紋深度在22．5%～100%壁厚之間變化的J積分和裂紋嘴擴展位移。

非常低的溫度條件下對材料進行改性，并將這種改性材料應用在壓縮天然氣氣瓶上，并進行了相關試驗，得到了不錯的效果。對于天然氣鋼瓶的力學分析，通常采用有限元分析法。其基本思路是將整個結構看作由有限個力學小單元相互連接而成的集合體，每個單元的力學特性組合在一起便可提供整體結構的力學特征。