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1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1目的与意义
随着社会经济的发展和全球变暖形式的逐渐严峻，人们在汽车的省油和排放方面更倾向于与对汽车排放的控制。这就使得近些年车用能源发展的越来越快和多，像氢气，天然气，太阳能。氢气燃烧只生成水，是一种很好的清洁能源，国内外许多研究人员深入研究了氢气的利用，因此氢燃料电池和得到了很快的发展。氢气的储存方式研究使得气瓶在汽车上的应用不断增加。复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成的具有新性能的材料，具有高比强度，比模量高，质量轻，耐腐蚀性好。复合材料车用气瓶相比于普通的气瓶综合了复合材料的高比强度、可设计性以及内衬的良好气密性、优良的耐腐蚀等诸多优点，使其集高承压能力，高疲劳寿命，质量轻等优良性能于一身。复合材料车用气瓶有着很强的可研究性，利用复合材料气瓶的有限元分析和优化技术，可以在产品设计阶段提高结构设计的可靠性，改善压力容器的性能，有效缩短产品设计周期和费用。
1.2国内外研究现状
1）国内研究状况
气瓶从结构形式上可分为四类[1], 第一类是全金属型气瓶第二类是金属内衬环向缠绕复合材料增强型复合气瓶第三类是金属内衬全缠绕复合材料增强型复合气瓶, 第四类是塑料内衬全缠绕复合材料增强型复合气瓶。复合气瓶具有气密性好、耐蚀性和高强度、高韧性等特点, 又综合了复合材料重量轻、安全性好以及良好的可设计性等优点, 使其具有高承压能力、高疲劳寿命、质轻、耐腐等优良性能。2007年开方明[2]就设计了40mpa高压储氢复合材料气瓶首次建立了铝内衬轻质高压储氢容器局部削层结构的强度分析方法提出容器削层部位强度校核方法。同时,建立了圆柱削层结构的有限元分析模型，用ansys有限元分析软件对气瓶的工作压力，爆炸压力等进行分析。浙江大学傅强[3]对铝内衬轻质高压储氢容器的设计方法进行了研究, 主要采用了网格理论进行容器的设计。网格分析方法是一种刚度降级准则。其假设基体的承载能力忽略不计, 纤维只承受沿纤维方向的作用, 每根纤维承载能力相同复合材料气瓶对复合材料的选用时最常用的纤维增强材料有料有玻璃纤维、碳纤维、凯芙拉纤维等,主要产品形式为无捻粗纱。碳纤维是将聚丙烯睛纤维经过两次热处理碳化而得。由于含碳量较高, 具有较高的比强度、比模量, 因此力学性能较好, 是目前最主要采用的增强材料。现在复合材料车用气瓶储存天然气的方式[4],主要分为cng气瓶和lng气瓶。cng复合气瓶储存高压气体，lng复合气瓶储存液态燃料。2015年高龙士，冯刚[5]介绍了复合材料压缩天然气(cng)气瓶的国内外发展情况，对车用复合材料cng气瓶的基本结构及主要制造工艺进行了研究，阐述了复合材料cng气瓶的安全问题及发展趋势。2017年高二盼[6]进行了复合材料lng车载气瓶有限元分析与研究，期间基于ansys软件，建立了适用于热力耦合作用下复合材料筒身应力分析的有限元模型，并确立了lng复合材料车用气瓶的最佳缠绕成型方案。复合材料车用气瓶再制造过程中，按照复合材料固化工艺的不同可以分为三种缠绕方式[7]，1干法缠绕成型工艺，2湿法缠绕成型工艺，3半干法缠绕成型工艺。对于气瓶外纤维缠绕层，由于其结构复杂，而且具有各向异性的特点，所以复合材料气瓶力学性能一般以网格理论[8]为依据进行分析。气瓶复合材料层一般由纤维及树脂基体组成，由于树脂基体本身强度较低，一般在复合材料层中起粘结作用，并在相邻纤维之间起到传递载荷的作用，而纤维是主要的承载体。国内研究主要依靠有限元分析软件依据网格理论等基础理论进行复合材料车用气瓶的设计以及疲劳强度，爆破压力失效的检测。2015年王静娴[9]进行了大容积全缠绕复合材料气瓶设计方法研究，利用ansys有限元分析对气瓶的爆破失效和疲劳失效进行了模拟仿真。2018年何朋飞[10]依据网格理论设计了碳纤维缠绕压力容器的结构，通过筒身直径与螺旋缠绕线型芯模总转角的函数关系，计算出了纤维缠绕螺旋和环向层的厚度与角度。并采用 ansys 中的参数化设计语言（apdl）编写了该压力容器在各种工况下的计算程序，并且初步对气瓶各工况下的应力大小及分布进行了分析，验证了容器结构设计的可靠性。
2. 研究的基本内容与方案
2.1基本内容和目标
1．查阅关于相关文献，了解气瓶设计原理、碳纤维复合材料的制备和设计原理。
2. 学习使用有限元软件abaqus。选定复合材料的基本参数并利用有限元分析对该气瓶进行结构设计。
3．利用abaqus软件，对气瓶进行刚度、强度分析。
3. 研究计划与安排
| 周 次【时间】 | 工作内容 |
| 毕业设计预备周 （2019.12.26-2020.1.10） | 确定指导教师人选，对未选好导师的学生进行调剂分配。确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料。 |
| 第1周（2020.2.24-2.29） | 学生提交文献检索摘要。 |
| 第2～3周 毕业实习周 （3.1~ 3.14） | 赴校外实习、搜集设计资料，并提交实习日记、实习报告。 |
| 第4～5周（3.16～3.29） | 撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。 |
| 第6周（3.30～4.5） | 进行外文翻译，并提交外文翻译译文。 |
| 第 7周（4.6~4.12） | 设计类，下达绘图任务，开始绘图。 研究类，制定试验方案或下达编程任务，开始试验及编程。 |
| 第8周（4.13~4.19） | 继续完成绘图、试验或编程任务； 撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）。 |
| 第9 ~ 11周（4.20~5.10） | 完成绘图、试验或编程； 完善毕业设计说明书、毕业论文； |
| 第12周（5.11~5.17） | 网上提交毕业设计说明书、毕业论文、绘图等附件材料；提交答辩申请。 |
| 第13~14周（5.18~5.31） | 教师审阅毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）和（图纸），审查确定学生答辩资格并予以公示。 |
| 第15周（6.1～6.7） | 根据评阅意见修改毕业设计说明书、毕业论文，并网上提交；准备答辩PPT。 |
| 第16周（6.8~6.11） | 毕业设计答辩。 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1]盛周红. 全缠绕复合气瓶有限元参数化研究[d]. 武汉：武汉理工大学，2007.
[2]开方明. 铝内衬轻质高压储氢容器强度和可靠性研究[d]. 浙江：浙江大学，2007.
[3]董宁. 车用缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶的设计与制造[j]. 沈阳特种设备检测研究院,辽宁沈阳2016 :1007-7804.
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