碳纤维缠绕复合铝圆管轴向压溃力学性能研究

摘要

车载储氢气瓶的主要组成部分包括铝合金和缠绕碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plasti,简称“CFRP”)。本文采用准静态轴压的实验方法研究了碳纤维缠绕复合管的破坏模式和纤维角度对复合管耐压性的影响,并将复合管和单独铝管的性能进行了对比。研究发现:所制备样件的外层纤维壁破坏表现为纤维的渐进式脆性断裂模式,内层铝壁破坏主要表现为金刚石模式;纤维缠绕角度在30°到60°范围内,复合管的峰值力随着碳纤维缠绕角度的增大而减小,碳纤维缠绕角度为45°的复合管具有最高的总吸能、比吸能率和压缩力效率;复合管的吸能主要来源于铝合金、碳纤维本身的变形以及碳纤维和铝合金的相互作用。研究表明,缠绕纤维和铝合金之间的相互作用能显著改善单独铝管的耐压性能。