(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 202210702219.0 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 张家港氢云新能源研究院有限公司 地址 215600 江苏省苏州市张家港市杨舍 镇福新 （晨新） 路19 号张家港氢云新能 源研究院有限公司 (72)发明人 王朝　赵亚丽　陈甲楠　金碧辉　 邹宏伟　何春辉　 (74)专利代理 机构 南京苏科专利代理有限责任 公司 32102 专利代理师 陈望坡 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) F17C 1/00(2006.01)G06F 119/04(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种针对深冷高压储氢瓶的疲劳寿命预测 方法 (57)摘要 本发明公开了一种针对深冷高压储氢瓶的 疲劳寿命预测方法， 包括以下步骤： 步骤 （1） ： 根 据热力学模型处理深冷高压储氢瓶一个加注泄 放周期内的流量数据， 得到深冷高压储氢瓶一个 加注泄放周期内的瓶内温压变化数据； 步骤 （2） ： 根据弹塑性力学处理深冷高压储氢瓶一个加注 泄放周期内的瓶内温压变化数据， 得到深冷高压 储氢瓶一个加注泄放周期内各层缠绕层的应力 应变变化数据； 步骤 （3） ： 根据剩余强度/剩余刚 度理论处理步骤 （2） 得到的深冷高压储 氢瓶一个 加注泄放周期内各层缠绕层的应力应变变化数 据， 算出每一时间步长下的剩余强度/剩余刚度， 直到达到失效条件， 所对应的时间即为深冷高压 储氢瓶的疲劳寿命。 本发明具有准确率高的优 点。 权利要求书3页 说明书7页 CN 115169088 A 2022.10.11 CN 115169088 A 1.一种针对深冷高压储氢瓶的疲劳寿命预测方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤(1)： 根据 热力学模型处理深冷高压储氢瓶一个加注 泄放周期内的流量数据， 得到 深冷高压储氢瓶 一个加注泄放周期内的瓶内温压变化数据； 步骤(2)： 根据弹塑性力学处理深冷高压储氢瓶一个加注泄放周期内的瓶内温压变化 数据， 得到深冷高压储氢瓶 一个加注泄放周期内各层缠绕层的应力应 变变化数据； 步骤(3)： 根据剩余强度/剩余刚度理论处理步骤(2)得到的深冷高压储氢瓶一个加注 泄放周期内各层缠绕层的应力应变变化数据， 算出每一时间步长下的剩余 强度/剩余刚度， 直到达到失效条件， 所对应的时间即为深冷高压储氢瓶的疲劳寿命。 2.根据权利要求1所述的一种针对深冷高压储氢瓶的疲劳寿命预测方法， 其特征在于： 在步骤(1)中， 根据热力学模型 处理深冷高压储 氢瓶一个加注泄放周期内的流量数据， 得到 深冷高压储氢瓶 一个加注泄放周期内的瓶内温压变化数据的具体步骤如下： 步骤(1.1)： 在一个加注泄放周期， 深冷高压储氢瓶的瓶内状态会经历双相阶段 →单相 阶段→双相阶段； 在单相阶段， 根据以下热力学模型对单相阶段流量数据进行处理， 得到单相阶段的瓶 内温压变化数据； 其中， T为瞬时瓶内温度， P为瞬时瓶内压强， dt为工作 时间的微分， 用于对其他变量求 导和偏导， 为氢气泄放质量流量， 为瞬时瓶内氢气质量， V为瓶有效容积， 为此工况 下瓶内氢气密度与焓值， 为系统漏热值， msCs为绝热层内瓶身吸热能力； 在双相阶段， 根据以下热力学模型对双相阶段流量数据进行处理， 得到双相阶段的瓶 内温压变化数据； 其中， T为瞬时瓶内温度， P为瞬时瓶内压强， dt为工作 时间的微分， 用于对其他变量求 导和偏导， 为氢气泄放质量流量， 为瞬时瓶内氢气质量， V为瓶有效容积， 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115169088 A 2为此工况下瓶内氢气密度与 焓值， 为系统漏热值， msCs为绝热层内瓶身吸热能力， Ps为氢 气的临界压强， mg为此工况下饱和氢气两相区中气态氢的质量， hg为此工况下饱和氢气两相 区中气态氢的焓值， ρg为此工况下饱和氢气两相区中气 态氢的密度， ml为此工况下饱和氢气 两相区中液态氢的质量， hl为此工况下饱和氢气两相区中液态氢的焓值， ρl为此工况下饱和 氢气两相区中液态氢的密度； 步骤(1.2)： 整合步骤(1.1)中单相阶段和双相阶段的瓶内温压变化数据， 得到一个加 注泄放周期内随时间变化的瓶内温度数据T和瓶内瞬时压强数据P0。 3.根据权利要求2所述的一种针对深冷高压储氢瓶的疲劳寿命预测方法， 其特征在于： 在步骤(2)中， 根据弹塑性力学 处理步骤(1)得到的深冷高压储氢瓶一个加注泄放周期内的 瓶内温压变化数据， 得到深冷高压储氢瓶一个加注泄放周期内各层缠绕层的应力应变变化 数据的具体步骤如下： 步骤(2.1)： 考虑低温环境下容器筒 身段的应 变矩阵： { ε }＝[Sij]{σ1}+aiT(r)             (2.1) 其中， { ε }为材 料的应变矩阵； [ Sij]为柔度矩阵， {σ1}为应力矩阵； 其中ai是热膨胀系数， 这个量与温度无关， 仅与材料属性相关； 与径向有关的T(r)是壳 体处于无应力状态下的任意半径下的温度， 且T(r)为 步骤(2.2)中Tk(r)的整合； 则整体坐标系下的应 变矩阵就可以改写为： 步骤(2.2)： 基于热弹性理论， 纤维缠绕压力容器筒体柱坐标形式下的稳态传热方程和 半径方向满足的热流连续条件， 进行迭代， 可以得到每 个缠绕层内温度分布： 公式中下角标k和k+1表示层数， r表示第k层的厚度半径， 其中， 步骤(1)得到的一个加 注泄放周期内随时间变化的瓶内温度数据T＝T0(0)； 步骤(2.3)： 计算整体坐标系的刚度矩阵： 那么转换坐标系后的应 变矩阵为： { εx}＝[Tε]‑1[Sij][Tσ]{σx}            (2.4) 其中， {εx}是整体坐标系下的应变矩阵， [Tε]为应力的转换矩阵， [Tσ]为应力的转换矩 阵； 公式(2.4)中转换后的坐标系指以压力容器筒身轴线方向为x轴， 圆筒径向方向为z轴， y为xz所成平面的法向； 转换 前的坐标系x轴沿纤维方向， 其 他两轴与转换后的相同； 将公式(2.4)应力前的系数记为 新的柔度矩阵： 得到整体刚度矩阵 考虑三项应力状态， 应力与应 变的关系：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115169088 A 3