图1 Ⅲ型复合材料气瓶的结构图

近日，笔者在仿真秀官网原创发布《车载Ⅲ型35MPa复合材料气瓶缠绕层结构设计以及有限元分析》课程基于以往的课程基础，推出“Ⅲ型35MPa复合气瓶缠绕层结构设计以及有限元分析”，结合了网格设计理论、Abaqus-wcm以及Fe-Safe软件，建立了Ⅲ型140L 35MPa复合气瓶的复合材料层设计方法。欢迎朋友们试看、批评和指正。

一、国家标准的基本要求以及设计输入

课程中“国家标准的基本要求以及设计输入”章节，它基于Ⅲ型储氢复合材料气瓶国家标准的解读，完成储氢气瓶的设计输入的拟定，从而为后续的计算提供了基本设计输入条件。

图2 国家标准以及140L气瓶的基本尺寸

二、140L Ⅲ型复合材料气瓶纤维缠绕层的结构设计

课程中“140L Ⅲ型复合材料气瓶纤维缠绕层的结构设计”章节基于网格理论，并且进行了材料的选型以及缠绕基本工艺参数的确定，引入平衡方程，最终采用Excel表格完成了复合材料气瓶缠绕层的结构设计。

图3 基于网格理论的气瓶缠绕层结构设计

三、复合气瓶建模、分析与爆破压强预测

课程中“140L复合气瓶基于Abaqus-WCM的建模以及有限元分析及爆破压强预测”章节，我采用以上设计的铺层，通过Abaqus-wcm插件进行复合材料气瓶的建模以及有限元分析，并且通过UVRAM子程序的复合材料失效判据进行复合材料气瓶的爆破压强预测，并且与网格理论计算的爆破结果进行比对，验证有效性。

四、自紧压力的有限元分析及疲劳性能预测

课程中“140L车载复合材料气瓶的自紧压力的有限元分析以及疲劳性能预测”章节，我介绍了Ⅲ型复合材料气瓶自紧压力的基本原理，采用Abaqus软件通过实例讲解了自紧压力以及疲劳试验压力的设置方法，最后将分析出来的结果ODB文件引入Fe-Safe软件，进行了金属铝合金内衬的疲劳性能预测，从而为合理的自紧压力的选择提供了依据。

5 不同自紧压力下复合材料气瓶内衬的疲劳次数预测

五、复合材料气瓶铺层优化

课程中“140L车载复合材料气瓶的铺层优化”章节，我通过网格理论对其铺层进行了优化，减少了一层螺旋向以及环向，降低了爆破压强裕度，然后采用Abaqus进行爆破压强预测，结果表明与网格理论结果非常接近，再次证明本课程网格理论计算结果的有效性。

采用以上减层方案进行金属内衬疲劳性能的预测，如下所示，减少复合材料层厚度对于金属内衬的疲劳性能影响较大。

（a）减层前（16800次）              （b）减层后（12250次）

图7 减层前后金属内衬的疲劳性能对比

综上所述，本课程建立了一种Ⅲ型35MPa复合气瓶缠绕层结构设计以及有限元分析方法，可用于指导优化纤维缠绕层，从而满足Ⅲ型复合材料气瓶爆破以及疲劳性能的要求。

六、课程的主要内容

车载Ⅲ型35MPa复合材料气瓶缠绕层结构设计以及有限元分析

（1）掌握Ⅲ型复合材料气瓶的国标解读以及设计参数输入

（2）掌握Ⅲ型复合材料气瓶的复合材料层的铺层设计方法以及角度选取方法（基于网格理论）

（3）掌握Ⅲ型复合材料气瓶的的有限元强度校核和爆破压强预测方法

（Abaqus-WCM）

（4）掌握Ⅲ型复合材料气瓶自紧压力的选取方法（Abaqus-WCM）

• Abaqus-wcm的有限元分析文件

• 基于网格理论的气瓶复合材料层设计的EXCEl表格

• 基于Fe-Safe软件的气瓶内衬疲劳分析文件

• 铝合金内衬的塑性应变曲线（Abaqus文件中）

• 铝合金内衬的S_N曲线数据

（6）为付费用户提供订阅用户交流群和知识圈答疑服务（可私问或公开提问）购买全套课程用户赠送相关参考文献。

3、适听人群

（1）高校研究生及科研院所相关人员；

（2）汽车主机厂涉及Ⅲ型储氢高压容器开发人员；

（3）高压复合材料气瓶生产企业；

（4）其他感兴趣的相关人员

（完）