采用多尺度模拟开发氢压力容器

作者:本刊编译 文章来源:PT塑料网 发布时间:2020-07-22
与Altair、Crescent Consultants(英国)和其他合作伙伴一起,CIKONI已进一步优化了其仿真模型的精度。

理论上,氢可以采用可再生能源通过电解法生产,无排放物和副产品,甚至当氢被用于燃料电池时,除了电以外,只产生水。然而,在将氢商业化地用于汽车之前,工程师们仍有许多问题需要解决,尤其是氢的储存是一大挑战,因为它是现有最小的分子,很难储存。目前,针对汽车应用,氢在压力容器中的储存压力高达700 bar,而这就是体现碳纤维优势的应用之处。目前,尚没有其他材料能够以如此低的系统重量在高压下储存氢气,但由于碳纤维昂贵,对这种材料的使用需要谨慎。减重在轻量化设计和减小移动质量方面也是一个明显的必要条件。此外,还必须在任何情况、所有负载状态下确保CFRP压力容器的承载能力。

图1

采用多尺度模拟开发氢压力容器

CFRP IV型压力容器的整体开发

作为一家专业的工程合作伙伴,CIKONI提供特定应用的仿真模型,可满足设计高压氢气容器的要求,这使得有限元模拟能够解决以下问题:

1. 确保所有使用场合的负载能力和耐压性;

2. 容器和连接部件的几何定义;

3. 混合材料概念的选材与定义;

4. 穹顶和壳体区域的层结构规范;

5. 实施生产计划和可行性研究;

6. 可实现的功率重量比以及节省材料以降低成本;

7. 最终成本估算。

当然,该公司还与上下游步骤仿真之外的客户展开合作,如材料表征、测试和生产计划。CIKONI还开发了创新的 CFRP高压容器,由于采用了新的生产方法,该容器提高了安装空间的利用率。

图2

采用多尺度模拟开发氢压力容器

新的仿真方法和虚拟原型

与Altair、Crescent Consultants(英国)和其他合作伙伴一起,CIKONI已进一步优化了其仿真模型的精度。采用多尺度方法,首先利用微观模型对材料进行虚拟表征,然后再转变成宏观模型。因此,缠绕的具体特征,如穹顶区域的重叠或不连续纤维的体积含量等可以得到更好的体现。

这样,开发速度可以更快,这是因为材料表征的时间缩短了,仿真质量提高了, 同时生产本身也可以得到更好的体现并转换到模型中。

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