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外爆载荷下加氢站高压储氢容器损伤失效模式与安全优化设计研究

近年来加氢站安全事故频发，储氢容器服役中面临潜在的外部燃爆载荷威胁，一旦在外爆载荷下发生破坏，可能引发泄漏、爆炸等二次连锁事故，造成严重人员伤亡与经济损失。本文开展了储氢容器典型材料（S31603、HP345）准静态至2800s^-1应变率范围下的力学性能测试试验，研究了材料在高应变率下力学响应与断裂行为，构建了相应动态损伤本构模型。创建爆炸流场-结构断裂耦合算法并结合动态损伤本构模型，构建了储氢容器燃爆损伤失效分析模型。首次开展了50 MPa高压储氢容器外部爆炸加载试验，TNT当量范围157 g ~ 4 kg。结合模拟与试验结果揭示了爆炸载荷下容器损伤失效模式。主要损伤失效模式为局部凹陷变形，并随爆炸冲击波冲量的提升伴随出现钢带翘曲行为。进一步提出了爆炸载荷下储氢容器损伤安全评定准则，建立了高压储氢容器优化设计方法，研制了高抗爆本质安全型高压储氢容器，维持成本基础上抗爆性能提升20%。