V型氢气储罐爆破压力性能对比：评估多种形状和材料

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氢气作为清洁能源载体，是实现可持续能源的重要途径，但其低能量密度和高挥发性给储存带来挑战。本研究通过有限元分析（FEA）和一阶剪切变形理论，对球形、圆筒形和环形V型氢气储罐的爆破压力性能进行了系统研究。在不同复合材料和铺层方案下，评估了几何形状对爆破压力的影响。测试材料包括碳纤维T700/环氧树脂、芳纶/环氧树脂、E玻璃纤维/环氧树脂和玄武岩纤维/环氧树脂。研究结果表明，环形设计在应力分布和爆破压力方面明显优于球形和圆筒形设计。其中，玄武岩纤维/环氧树脂复合材料爆破压力最高（12.7 MPa），优于芳纶/环氧树脂（10.8 MPa）、E玻璃纤维/环氧树脂（11.4 MPa）和碳纤维T700/环氧树脂（8.9 MPa）。芳纶/环氧树脂环形储罐在质量性能方面表现最优，结构性能指数为0.0305 MPa·m³/kg，单位质量氢气密度为0.0251 kg H₂/kg。铺层序列[-45/45]s对所有材料的环形设计应力分布优化效果最佳。研究表明环形设计在高压氢气储存中具有显著优势，能有效管理应力并提高安全性，为国际标准化组织（ISO）认证提供了重要参考。

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