آنالیز واماندگی کپسولهای CNG کامپوزیتی با بررسی تاثیر همزمان تغییر تعداد لایهها و کسر حجمی الیاف تقویت کننده

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

سعید کریمی ¹ (دانشجوی دکترای مهندسی مواد، دانشگاه شیراز.)
سیروس جوادپور ² (دانشیار و عضو هیئت علمی بخش مهندسی مواد، دانشگاه شیراز)

تاریخ دریافت : 1394/10/08 تاریخ پذیرش : 1394/10/08 تاریخ انتشار : 1391/04/01

کلید واژه: کپسول CNG, کامپوزیت زمینه پلیمری, آنالیز ترمومکانیکی, میکرو مکانیک, رشتهپیچی,

چکیده مقاله :

 کپسولهای CNG کامپوزیتی، مزایای قابل توجهی نسبت به انواع فلزی خود دارند که از آن جمله میتوان به قابلیت ذخیره سازی گاز با فشار بالاتر، مکانیزمهای واماندگی ایمنتر، ویژگیهای مکانیکی بهتر، مقاومت بالاتر در برابر خوردگی و 2 تا 4 برابر وزن کمتر اشاره کرد. هدف اصلی این پژوهش، آنالیز ترمومکانیکی و ارزیابی کپسولهای CNG کامپوزیتی است. برای ساخت این کپسولها، یک رزین اپوکسی با کارایی بالا به عنوان فاز زمینه کامپوزیت زمینه پلیمری و الیاف کربن با استحکام بالا از نوع T-700S به عنوان فاز تقویت کننده انتخاب شد. پس از تعیین ویژگیهای گوناگون این دو بخش اصلی، ویژگیهای لمینای ناشی از آنها به کمک روابط میکرو مکانیک تعیین و برای ساخت آن نیز یک دستگاه رشتهپیچ 5 محوری ساخته شد. سپس با توجه به شرایط کاری بهینه دستگاه که در کسر حجمی 50 تا 60 درصد از الیاف تقویت کننده بدست میآمد، آنالیز ترمومکانیکی سه بعدی در کسر حجمی 55 ،50 و 60 درصد با استفاده از نرمافزار ANSYS-12 انجام شد. با توجه به نتایج این پژوهش، افزایش تعداد لایههای لمینت کامپوزیتی و کسر حجمی الیاف تقویتکننده، تأثیری متفاوت بر رفتار واماندگی آستر فلزی و لایههای کامپوزیتی دارند. از نتایج دیگر، تأثیر بسزای تنشهای حرارتی بر واماندگی لمینت است؛ در حالی که تأثیر آنها بر واماندگی آستر فلزی قابل چشمپوشی است. 

منابع و مأخذ:

1- F. Ryan, B. Caulfield, "Examining TheBenefits of Using Bio-CNG in Urban Bus

Operations", Transportation Research Part D:Transport and Environment, Vol. 15 (6), 362-

365, 2010.

2- M. U. Aslam, H. H. Masjuki, M. A. Kalam,H. Abdesselam, T. M. I. Mahlia, M. A.

Amalina, "An Experimental Envestigation ofCNG as an Alternative Fuel for a Retrofitted

Gasoline Vehicle", Fuel, Vol. 85 (5-6), 717-724, 2006.

3- S. Yeh, "An Empirical Analysis on theAdoption of Alternative Fuel Vehicles: The

Case of Natural Gas Vehicles", Energy Policy,Vol. 35 (11), 5865-5875, 2007.

4- ISO standard: 11439 (2000), "Gas Cylinders- High Pressure Cylinders for the On-Board

Storage of Natural Gas as a Fuel forAutomotive Vehicles".

5- ANSI/CSA standard: NGV2 (2000), "BasicRequirements for Compressed Natural Gas

Vehicle (NGV) Fuel Containers".6- A. Önder, O. Sayman, T. Dogan, N.Tarakcioglu, "Burst Failure Load of Composite

Pressure Vessels", Composite Structures, Vol.89 (1), 159-166, 2009.

7- L. Zu, S. Koussios, A. Beukers, "OptimalCross Sections of Filament-Wound Toroidal

Hydrogen Storage Vessels Based onContinuum Lamination Theory", International

Journal of Hydrogen Energy, Vol. 35 (19),10419-10429, 2010.

8- L. Zu, S. Koussios, A. Beukers, "ShapeOptimization of Filament Wound Articulated

Pressure Vessels Based on Non-GeodesicTrajectories", Composite Structures, Vol. 92(2), 339-346, 2010.

9- L. Zu, S. Koussios, A. Beukers, "Design ofFilament-Wound Isotensoid Pressure Vessels

With Unequal Polar Openings",Composite Structures, Vol. 92 (9), 2307-2313,2010.

10- A. Vafaeesefat, "Dome ShapeOptimization of Composite Pressure vessels

Based on Rational B-Spline Curve and GeneticAlgorithm", Applied Composite Materials,

Vol. 16 (5), 321-330, 2009.

11- T. L. Teng, C. M. Yu, Y. Y. Wu, "OptimalDesign of Filament-Wound Composite

Pressure Vessels", Mechanics of CompositeMaterials, Vol. 41 (4), 333-340, 2005.

12- Z. Changliang, R. Mingfa, Z. Wei, C.Haoran, "Delamination Prediction of

Composite Filament Wound Vessel with MetalLiner Under Low Velocity Impact", CompositeStructures, Vol. 75 (1-4), 387-392, 2006.

13- P. Xu, J. Y. Zheng, P. F. Liu, "FiniteElement Analysis of Burst Pressure of

Composite Hydrogen Storage Vessels",Materials and Design, Vol. 30 (7), 2295-2301,2009.

14- C. S. Mao, M. F. Yang, D. G. Hwang, H.C. Wang, "An Estimation of Strength for

Composite Pressure Vessels", CompositeStructures, Vol. 22 (3), 179-186, 1992.

15- C. Frias, H. Faria, O. Frazo, P. Vieira, A.T. Marques, "Manufacturing and Testing

Composite Overwrapped Pressure Vesselswith Embedded Sensors", Materials and

Design, Vol. 31 (8), 4016-4022, 2010.

16- D. Cohen, S. C. Mantell, L. Zhao, "TheEffect of Fiber Volume Fraction on Filament

Wound Composite Pressure Vessel Strength",Composites, Vol. 32 (5), 413-429, 2001.

17- ASTM standard:B 308/B 308M (2002),“Standard Specification for Aluminum – alloy6061- T6 Standard Structural Profiles”

18- A. K. Kaw, Mechanics of CompositeMaterials, 2ed., p. 203-301, CRC Press,London, 2005.

19- S. Karimi, "Materials Selection and Designfor Manufacturing a Suitable Composite CNGTank", M.S. Thesis Shiraz University, 2011.