(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211014541.0 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 中国计量大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区 学源街258号 (72)发明人 程苠珂　徐红伟　金杰　孙坚　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) F17C 1/00(2006.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/12(2020.01) G06F 119/04(2020.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种考虑内胆坍塌机理的复合材料储氢瓶 的疲劳寿 命预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑内胆坍塌机理的复 合材料储氢瓶的疲劳寿命预测方法。 方法包括： 首先计算复合材料储氢瓶的内胆临界压力和储 氢瓶的初始宏观应力， 如果储氢瓶的寿命不终 止， 则不断计算储氢瓶使用载荷步时间后的宏观 应力， 然后根据纤维和基体的失效准则和当前宏 观应力来计算储氢瓶处于疲劳失效下的失效寿 命， 在计算过程中如果内胆坍塌， 则储氢瓶的寿 命终止。 本发 明考虑了内胆坍塌机理对储氢瓶疲 劳寿命计算的影 响， 通过更新材料参数从微观方 面更加准确的计算了复合材料储氢瓶的疲劳寿 命， 提高了 计算精度。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115455586 A 2022.12.09 CN 115455586 A 1.一种考虑内胆坍塌机理的复合材料储氢瓶的寿命预测方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 1)计算复合材料储氢瓶的内胆临界压力以及基于储氢瓶的初始弹性系数计算储氢瓶 的初始宏观应力， 如果初始宏观应力小于等于内胆临界压力， 则储氢瓶不 发生内胆坍塌， 执 行2)， 否则储氢瓶寿命终止； 2)储氢瓶模拟使用一个载荷步时间， 计算当前载荷步时间后储氢瓶的弹性系数， 根据 当前弹性系 数计算并更新储氢瓶的当前宏观应力； 如果当前宏观应力小于内胆临界压力， 则执行3)， 否则， 将所有载荷步时间之和作为储氢瓶的最终寿命； 3)根据纤维和基体的失效准则与当前宏观应力来判断当前载荷步时间后储氢瓶是否 疲劳失效； 如果是， 则执行4)； 否则， 不断重复2)， 直至储 氢瓶疲劳失效， 再执行4)， 获得储 氢 瓶最新的宏观应力； 4)根据当前宏观应力来计算失效寿命， 如果失效寿命与所有载荷步时间之和相等， 则 将当前失效寿命作为储氢瓶的最终寿命； 否则不断重复2)， 直至当前失效寿命与所有载荷 步时间之和相等， 将储氢瓶 最新的失效寿命作为储氢瓶的最终寿命。 2.根据权利要求1所述的一种考虑内胆坍塌机理的复合材料储氢瓶的寿命预测方法， 其特征在于， 所述1)中， 根据储氢瓶的纤维和 基体材料参数计算储氢瓶的微观应力以及外 力载荷和温度载荷对应的应力放大因子， 从而获得初始宏观应力， 纤维和基体材料参数包 括储氢瓶中复合材 料的初始弹性系数， 具体 计算公式如下： 其中， σf表示储氢瓶的宏观应力， 表示储氢瓶的微观应力， Mσ和Aσ分别是外力载荷和温 度载荷对应的应力放大因子， ΔT表示储氢瓶的温度变化 量。 3.根据权利要求1所述的一种考虑内胆坍塌机理的复合材料储氢瓶的寿命预测方法， 其特征在于， 所述2)中， 储氢瓶模拟使用一个载荷步时间后， 计算当前载荷步时间后储氢瓶 的基体模量Es， 基于当前载荷步时间后储氢瓶的基体模量Es计算储氢瓶的弹性系数， 具体计 算公式如下： E11＝Ef,11Vf+EsVm β ＝0.4Vf‑0.025 t'＝∑Δti 其中， E11为纤维x方向上的弹性系数， E22为纤维y方向上的弹性系数， E33为纤维z方向上 的弹性系数， Ef,11为复合材料x方向上的弹性系数， Ef,12为复合材料x方向与y方向的合力方 向上的弹性系数， Ef,22为复合材料y方向上的弹性系数， β 为复合材料体积分数， Vf为纤维体 积分数， Vm为基体体积分数， Es,0为基体初始模量， t0表示参考时间， T0表示参考温度， tg为复 合材料玻璃化温度Tg下的转换时间， mg和mr是材料参数， Δti表示第i个载荷步时间， t'表示权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115455586 A 2载荷步总时间。 4.根据权利要求1所述的一种考虑内胆坍塌机理的复合材料储氢瓶的寿命预测方法， 其特征在于， 所述3)中， 对当前宏观应力进行应力分解， 获得对应的第一 ‑第三宏观子应力， 由当前第一 ‑第三宏观子应力计算 获得第一应变不变量 和基体等效应力 根据纤维和 基体的失效准则来判断当前载荷步时间后储氢瓶是否疲劳失效， 具体公式如下， 当第一应 变不变量 大于拉伸疲劳强度临界值Tm或者基体等效应力 大于压缩疲劳强度临界值Cm 时， 则储氢瓶 疲劳失效， 否则储氢瓶 不疲劳失效： 其中， σ1、 σ2和σ3分别是第一、 第二和第三宏观子应力。 5.根据权利要求1所述的一种考虑内胆坍塌机理的复合材料储氢瓶的寿命预测方法， 其特征在于， 所述 4)中， 根据当前宏观应力来计算失效寿命， 具体 计算公式如下： 其中， σf表示当前宏观应力， σ0为参考温度25℃下的初始宏观应力， t'f和f'分别为时温 转换后的时间和频率， t ”表示储氢瓶的失效寿命， αf为Weibull分布的形状 参数， Pf为失效概 率， nc表示基体拉伸第一系数， nf表示基体拉伸第二系数， nr表示纤维拉伸第一系数， t ′1表 示时温转换因子 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115455586 A 3