IV型复合材料氢储存压力容器设计中的不确定性分析

摘要整理

本研究针对IV型氢储存复合材料压力容器的爆破压力（BP）进行不确定性量化（UQ）和全局敏感性分析（GSA）。考虑的关键不确定参数包括弹性性能、复合材料强度、铺层厚度和纤维取向。采用拉丁超立方体抽样（LHS）高效探索不确定性空间，利用多项式混沌展开（PCE）建立爆破压力响应模型，稀疏PCE通过选择关键多项式项降低计算成本。采用Sobol'指数评估不确定参数对爆破压力变异性的直接和总体影响，为复合材料压力容器设计优化提供指导。罐体模型采用传统壳单元开发，从内衬内径出发，通过Abaqus复合材料铺层功能集成缠绕工艺。关键设计因素包括铺层厚度、材料性能和纤维取向。失效分析由内压驱动，评估圆筒段和球冠段的爆破压力，采用Hashin失效准则评估损伤演化。研究探索了四种设计方案中的不确定性传播，包括低压12层罐体和高压52层配置，涉及15~37个不确定参数。研究表明纤维拉伸强度和铺层厚度是影响爆破压力的主导因素。纤维强度和铺层厚度对刚度和失效机制的影响持续显著，强调了它们在氢储存容器设计中的关键作用。

相关论文