《汽车用复合材料CNG气瓶碰撞模拟试验研究》

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①课题来源与背景:该研究始于2009年,研究目的是编制地方标准《双燃料汽车压缩天然气燃料系统碰撞安全技术要求》.国内天然气轿车大多数是基于传统的汽油机轿车改装而成,通常充装压缩天然气的气瓶布置在轿车后备箱内,当轿车行驶中遇紧急制动或者碰撞事故时,未固定的行李和物品会以数十公里/小时的惯性速度撞击气瓶,造成其表面损伤或发生变形,甚至发生爆炸.国内还没有正式的CNG汽车的碰撞安全要求,国内在这方面的研究也处于空白状态.针对CNG汽车的结构特点和特性,研究和分析国内外有关CNG汽车的碰撞安全法规及试验方法,迫切需要建立国内CNG汽车碰撞安全的评价体系.对于提高中国CNG汽车的碰撞安全性和制定中国的CNG汽车碰撞安全标准具有指导意义.2011年7月《汽车用复合材料CNG气瓶台车碰撞试验研究》立为国家质检总局科研计划项目》,项目主要研究内容为,通过台车试验,测试压缩天然气燃料系统在碰撞条件下的安全性,研究气瓶固定支架和高压管路系统的安全性评价方法,并根据研究成果提出针对车载压缩天然气燃料系统的碰撞试验条件和评价指标.根据研究结果,提出相应的双燃料汽车复合材料气瓶的碰撞安全技术要求的整套试验方法和评定指标的建议.为编制国家标准制《压缩天然气汽车燃料系统碰撞安全要求》提供试验数据.②技术原理及性能指标本项目针对CNG汽车的结构特点,运用台车碰撞试验方法,制定多种工况的碰撞试验方法,研究了行李试验模块对纤维缠绕复合材料气瓶造成的损伤规律.通过材料冲击性能试验,研究了纤维缠绕复合材料气瓶的冲击损伤表征方法,并提出相应的天然气汽车复合材料气瓶的碰撞安全评定标准的建议.1.开展天然气燃料汽车碰撞安全性在国内外的研究现状,研究相关的国内外主要法规和标准,中国GB/T19240-2003《压缩天然气汽车专用装置的安装要求》、ISO15501-1《道路车辆压缩天然气燃料系统》、美国FMVSS303《压缩天然气汽车的燃料系统完整性》、欧洲ECER110《关于CNG专用装置及安装了CNG专用装置的机动车统一规定》等;2.通过台车试验,分析研究行李试验样块在不同的条件下,对纤维环向缠绕复合材料气瓶缠绕层造成的损伤情况,以及吸能措施效果试验;分析研究在20g加速度作用下和行李试验样块冲击气瓶的复合型试验中,气瓶固定装置的完整性;3.玻璃纤维CNG气瓶缠绕层冲击损伤表征参数研究,设计天然气瓶体冲击试验的标准试验方法,通过试验研究判定纤维缠绕复合材料气瓶的冲击损伤表征参量;4.根据试验研究结论,提出相应的压缩天然气汽车复合材料气瓶的碰撞表面损伤评定标准的建议;5.通过台车试验,分析研究行李试验样块在不同的条件下,对纤维环向缠绕复合材料气瓶缠绕层造成的损伤情况,以及吸能措施效果试验;6.分析研究在20g加速度作用下和行李试验样块冲击气瓶的复合型试验中,气瓶固定装置的完整性.③技术的创造性与先进性本研究克服了评价指标须兼顾汽车碰撞安全性要求和压力容器安全险要求的技术难点,确定了判定纤维缠绕复合材料气瓶的冲击损伤表征参量,建立"基于台车试验的行李试验模块对气瓶冲击损伤影响"的整套试验方法,在国内首次提出天然气汽车车载复合材料CNG气瓶碰撞试验方案和安全评价指标.项目成果为制定《压缩天然气汽车燃料系统碰撞安全要求》相关条款提供依据,对于提高中国CNG汽车的碰撞安全性和制定中国的CNG汽车碰撞安全标准具有指导意义.④技术的成熟程度,适用范围和安全性该套试验方法和评价指标,兼顾了汽车碰撞安全性要求和压力容器安全性要求,针对车载复合材料CNG气瓶在汽车正面碰撞中常见的安全问题,设置了针对性的考核指标,如包括在20g加速度下,行李试验样块撞击条件下的复合材料气瓶完整性和气瓶的固定装置完整性要求在内的考核参数;经实践,该方案中的各项参数设置科学合理,针对性强,可采用现有的试验设备对车载压缩天然气燃料系统在碰撞条件下进行安全性测试.⑤应用情况及存在的问题根据科研项目《汽车用复合材料CNG气瓶台车碰撞试验研究》的研究成果所编制的双燃料汽车车载复合材料CNG气瓶台车碰撞试验方案和安全评价指标,已由国家机动车检测中心应用于对复合材料气瓶固定装置的完整性试验,以及车载压缩天然气气瓶的台车碰撞试验中.该套试验方法和评价指标对提高天然气汽车的安全性有积极的推进意义.一年多的应用表明,该试验研究的结论可应用在双燃料汽车碰撞安全性检测领域,填补了国内双燃料汽车燃料系统评价的空白.

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