本发明属于实验测试技术领域，涉及一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法。
背景技术：
当前，铝合金内胆纤维全缠绕复合材料气瓶正广泛应用于航空航天、压力容器、新能源汽车等高新技术领域。因为铝合金内胆和碳纤维缠绕层的材料力学性能的不同，在相同的应变状态下，即使铝合金内胆已经进入塑性状态发生屈服现象，碳纤维还处于弹性低应力状态。为了解决这一问题，可以在施加工作压力前对气瓶进行自紧处理。
通常，自紧压力的确定需要根据dot-cffc等标准确定，最佳自紧压力在满足dot-cffc等标准的前提下进行有限元优化设计，现有的最佳自紧压力确定的有限元设计方法有几点不足：一是建立铝合金内胆纤维全缠绕复合材料气瓶模型与实际结构存在一定的偏差，引起计算误差；二是采用气瓶失效准则与实际不能完全符合；三是无法准确估算材料在加工过程中的损伤，基于上诉原因，采用类似方法确定的最佳自紧压力并不准确。因此有必要提出一种能满足实际工程应用的确定铝合金内胆纤维全缠绕复合材料气瓶最佳自紧压力的试验方法。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法，包括以下步骤：
(1)取铝合金内胆，并在其中部贴环向应力片，对铝合金内胆进行充水加压测试，采集应力、应变数据，并制得基于压力与应变数据的铝合金内胆的应力-应变曲线；
(2)基于铝合金内胆的应力-应变曲线，得出铝合金内胆的屈服强度σ0.2、屈服应变ε0.2和弹性模量；
(3)再取由同样材质的铝合金内胆制成的纤维缠绕气瓶，在其中部位置贴环向应力片，对纤维缠绕气瓶瓶内充水加压，同时采集应力、应变数据，当采集的应变达到铝合金内胆的屈服应变ε0.2的1.6～1.95倍时，此时，对应的试验加压压力即为符合标准要求的纤维缠绕气瓶自紧压力。
进一步的，步骤(1)中，加压所用的水替换为其它非腐蚀性流体介质。
更进一步的，步骤(1)中，其它非腐蚀性流体介质为液压油。
进一步的，加压所用设备为压力泵或增压泵。
进一步的，采集应力的设备为布置在铝合金内胆内部表面或纤维缠绕气瓶内部的压力传感器。
进一步的，采集应变数据的设备为应变测量数据采集系统。
进一步的，当采集的应变达到铝合金内胆的屈服应变ε0.2的1.95倍时，此时，对应的试验加压压力即为符合标准要求的纤维缠绕气瓶自紧压力。
进一步的，铝合金内胆上贴环向应变片的位置与纤维缠绕气瓶上贴环向应变片的位置相同。
与现有技术相比，本发明实现了通过一种简便、易操作的试验方法，检测出铝合金内胆纤维缠绕复合材料气瓶的最佳自紧压力，从而达到对气瓶的自紧处理。
附图说明
图1为铝合金内胆的应力-应变曲线图；
图2为环向应变片所贴位置示意图；
图中标记说明：
1-纤维缠绕气瓶，2-环向应变片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施例中，压力传感器可选择麦克传感器股份有限公司的mpm484zl，应变数据采集仪可选日本东京测器公司的tds530数据采集仪。
另外，其余若无具体说明的功能部件或处理技术，则表明均为本领域为实现对应功能的常规部件或常用处理技术。
本发明提出了一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法，包括以下步骤：
(1)取铝合金内胆，并在其中部贴环向应力片，对铝合金内胆进行充水加压测试，采集应力、应变数据，并制得基于压力与应变数据的铝合金内胆的应力-应变曲线；
(2)基于铝合金内胆的应力-应变曲线，得出铝合金内胆的屈服强度σ0.2、屈服应变ε0.2和弹性模量；
(3)再取由同样材质的铝合金内胆制成的纤维缠绕气瓶，在其中部位置贴环向应力片，对纤维缠绕气瓶瓶内充水加压，同时采集应力、应变数据，当采集的应变达到铝合金内胆的屈服应变ε0.2的1.6～1.95倍时，此时，对应的试验加压压力即为符合标准要求的纤维缠绕气瓶自紧压力。
在本发明的一种具体的实施方式中，步骤(1)中，加压所用的水可以替换为其它非腐蚀性流体介质。更进一步的，步骤(1)中，其它非腐蚀性流体介质为液压油等。
在本发明的一种具体的实施方式中，加压所用设备为压力泵或增压泵等。
在本发明的一种具体的实施方式中，采集应力的设备为布置在铝合金内胆内部表面或纤维缠绕气瓶内部的压力传感器。
在本发明的一种具体的实施方式中，采集应变数据的设备为应变测量数据采集系统。
在本发明的一种具体的实施方式中，当采集的应变达到约等于铝合金内胆的屈服应变ε0.2的1.95倍时，此时，对应的试验加压压力即为符合标准要求的纤维缠绕气瓶自紧压力。这是因为当铝合金内胆的应变达到ε0.2的1.6～1.95倍时，卸压后会产生0.6ε0.2～0.95ε0.2的残余应变，而外层的纤维复合材料还处于弹性变形范围，会对铝合金内胆产生一个压应力，这个压应力近似等于铝合金弹性模量与残余变形的乘积。因此为了使气瓶的工作应力尽可能的低，自紧的应变应取～1.95ε0.2。
在本发明的一种具体的实施方式中，铝合金内胆上贴环向应变片的位置与纤维缠绕气瓶上贴环向应变片的位置相同。
以上各实施方式中可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。
下面结合具体实施例来对以上实施方式进行更详细的说明。
实施例1：
(1)6.8l复合材料缠绕呼吸气瓶的自紧压力确定，气瓶设计工作压力35mpa。
(2)在气瓶的铝合金内胆中部贴环向应变片，用于材料应变检测。
(3)将气瓶接入水压测试系统，连接应变测试仪，加压至气瓶破坏，测得铝合金内胆的应力-应变数据，制得如图1所示的曲线，分析得出：屈服强度σ0.2＝310mpa、屈服应变ε0.2＝0.44％和弹性模量e＝70gpa。
(4)根据上述检测数据，确定该型号气瓶的自紧应变约为0.858％。
(5)在已缠碳纤维复合材料的气瓶中部外表贴环向应变片，参见图2所示，连接试验测试系统，给气瓶施加内压进行自紧处理，同时记录自紧过程中的应变数据，当应变达到0.88％，停止加压，此时的压力为54mpa，保持恒压稳定30秒卸压，完成自紧处理。
(6)上述过程中得到的自紧压力54mpa即为该型号气瓶的最佳自紧压力，可用于该型号气瓶自紧工艺。
将上述得到的最佳自紧压力与采用有限元分析方法得到的最佳自紧压力相比较，两者基本一致，但是本发明的方法更加简便实用，对于不会用有限分析的实验人员来说，更为实用，具有可操作性，而且对于不同规格型号的气瓶同样适用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
1.一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取铝合金内胆，并在其中部贴环向应力片，对铝合金内胆进行充水加压测试，采集应力、应变数据，并制得基于压力与应变数据的铝合金内胆的应力-应变曲线；
(2)基于铝合金内胆的应力-应变曲线，得出铝合金内胆的屈服强度σ0.2、屈服应变ε0.2和弹性模量；
(3)再取由同样材质的铝合金内胆制成的纤维缠绕气瓶，在其中部位置贴环向应力片，对纤维缠绕气瓶瓶内充水加压，同时采集应力、应变数据，当采集的应变达到铝合金内胆的屈服应变ε0.2的1.6～1.95倍时，此时，对应的试验加压压力即为符合标准要求的纤维缠绕气瓶自紧压力。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法，其特征在于，步骤(1)中，加压所用的水替换为其它非腐蚀性流体介质。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法，其特征在于，步骤(1)中，其它非腐蚀性流体介质为液压油。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法，其特征在于，加压所用设备为压力泵或增压泵。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法，其特征在于，采集应力的设备为布置在铝合金内胆内部表面或纤维缠绕气瓶内部的压力传感器。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法，其特征在于，采集应变数据的设备为应变测量数据采集系统。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法，其特征在于，当采集的应变达到铝合金内胆的屈服应变ε0.2的1.95倍时，此时，对应的试验加压压力即为符合标准要求的纤维缠绕气瓶自紧压力。
8.根据权利要求1所述的一种铝合金内胆纤维缠绕气瓶自紧压力的试验确定方法，其特征在于，铝合金内胆上贴环向应变片的位置与纤维缠绕气瓶上贴环向应变片的位置相同。
技术总结