近年来，随着氢能在交通领域的不断发展与成熟，储氢领域热固型树脂基纤维缠绕复合材料，以其优异的结构性能已获得越来越广泛的应用。随着新能源和航空航天技术的发展，对纤维增强复合材料制品的成型质量和力学性能要求逐渐提高，而决定复合材料制品成型质量和性能的关键在于成型工艺。

复合材料成型工艺的关键是在满足制品形状尺寸及表面质量的前提下，增强材料能按预定方向均匀配置，并尽量减少其性能降级。通过基体与增强材料的良好结合，使基体树脂充分固化，排除挥发气体，有效减少品孔隙率。传统复合材料成型工艺复杂、试验周期长、制造成本高，产品质量难以保证。当前制约复合材料应用和发展的主要瓶颈是材料性能和生产成本问题，因此应开展新理论、新技术、新工艺提高传统复合材料的基础研究，及高性能、低成本、高可靠性的材料制备研究。由于缠绕成型能较好地实现低成本和高效率的结合，因此成为复合材料壳体的主要制备技术之一。

随着计算机技术的广泛应用，国内外众多企业竞相采用数字化仿真技术对复合材料成型工艺进行虚拟设计和制造，从而大大缩短试验周期、降低制造成本和提高产品性能。

该项目主要研究储氢过程中的固化仿真分析，具体要求如下：

1、第一部分Composicad软件培训

其主要研究内容包括：气瓶缠绕技术简介；Composicad讲解模块包括：管件模块、压力容器模块、有限元数据导出模块、模型导入模块、缠绕设备参数设置模块、缠绕仿真模块等，并且组织进行软件的技术答疑。

2、 第二部分干法缠绕成型工艺提升

（1）主要内容包括：

① 螺旋向缠绕封头落纱点校正，合理扩孔，并对软件的摩擦系数进行调整。

② 对缠绕纱线带宽校正，提高工艺性能。

③ 对缠绕温度进行校正，确定缠绕温度

④ 对缠绕张力进行校正，达到内外层缠绕张力基本一致。

⑤ 对于缠绕速度进行校正，提高缠绕的稳定性。

⑥ 对于第五轴偏航轴进行校正，提高缠绕稳定性。

⑦ 对于环向缠绕两端缩进量进行现场校正，确定最优的缩进宽度，防止两端滑线。

⑧ 根据现场情况对于纤维缠绕角度以及铺层顺序进行微调，提高纤维发挥强度。

⑨ 对于涉及的过渡缠绕程序进行微调，实现全自动化缠绕。

⑩ 对于干法预浸纱的过纱路径提出建议，减少磨纱现象。

⑪ 测绘缠绕设备的丝嘴等实际尺寸，与composicad软件设置保持一致，提高输出程序的一致性与可靠性。

⑫ shier根据现有预浸带以及具体产品尺寸，确定适合现有产品的固化制度。

（2）研究内容不限于以上条款，最终采用以上优化的参数协助进行四型复合材料气瓶的缠绕工作，制备的气瓶满足以下技术指标：

设计爆破压力175MPa，实际爆破压力在0.9设计爆破压力-1.1设计爆破压力之间且大于165MPa，疲劳大于11000次(87.5MPa)，预浸带气瓶级别断裂伸长率不低于1.5%。

3、第三部分四型复合材料气瓶固化仿真与Abaqus-WCM插件仿真:

（1）主要研究内容如下：

① 进行Abaqus-WCM插件的仿真培训。

② 采用四型气瓶的典型案例实现复合材料层固化度场、温度场、温度应力场、缠绕张力场的计算。

③ 基于Abqus-WCM 3D建模，编译以上场的计算子、程序，实现各个场的计算，以及以上四个场的耦合计算。并且采用以上案例，对甲方进行培训，建立四型气瓶固化过程中的有限元计算能力

（2）技术指标：最终固化度与仿真固化差异在10%以内，实验温度与仿真温度差异在8%以内。

高密度储氢气瓶性能提升技术预期目标如下：

1、建立一套工艺参数选型方法及一套高压复合材料气瓶缠绕张力场-固化度场-温度场-应力场的多场耦合的有限元分析方法，解决四型高压复合材料气瓶的固化数值模拟分析难题，可用于指导成型工艺参数优化。

2、最终固化度与仿真固化差异＜10%；

3、实验温度与仿真温度差异＜8%。

主要成果形式：

1、Abaqus-WCM复合材料气瓶缠绕层精确建模方法；

2、四型气瓶固化仿真模拟子程序代码以及分析方法；

3、培养有限元分析计算人员1-2名；

4、设计爆破压力大于165MPa气瓶3支。