机械工程学院梁建国教授课题组在能源及复合材料领域取得突破性进展

近日，我校机械工程学院黄庆学院士团队梁建国教授课题组在碳纤维复合材料领域取得重要科研进展，系统总结了高压储氢容器典型失效预测与优化的研究现状与发展趋势；成功研发出具有自主知识产权的碳纤维复合材料Ⅳ型高压储氢容器。相继在能源领域顶级期刊《Renewable and Sustainable Energy Reviews》（IF:16.3）以及复合材料领域顶级期刊《Composites Part B: Engineering》（IF:14.2）上发表题为“Prediction and Optimization of Failures in High-Pressure Hydrogen Storage Vessels: A Review”的综述文章与“Influence of circumferential ply drop location and lay-up sequence on thefailure behavior of type Ⅳ composite pressure vessels: a numerical andexperimental study”的研究论文。

团队针对复合材料高压储氢容器在氢燃料电池汽车中的应用需求，聚焦爆破失效与疲劳失效两类关键问题，系统梳理了纤维增强复合材料的失效准则及基于这些准则的失效评价模型，并深入探讨了有限元方法在渐进损伤分析与结构预测中的应用。该研究不仅总结了现有的失效预测方法，还重点评述了内衬、复合材料层及缠绕工艺的优化策略。特别是，多束纤维同步缠绕技术被提出用于解决纤维交叉等工艺问题，该方法显著提升了承载性能，减少了纤维用量，并提高了生产效率。

《Renewable and Sustainable Energy Reviews》（RSER）创刊于1966年，是能源领域影响因子最高的期刊之一，其发表的综述文章以深度分析和前瞻性视角著称，在推动可再生能源技术创新与可持续发展战略实施中发挥重要作用。该论文通讯单位为太原理工大学机械工程学院，通讯作者与第一作者为梁建国教授，2022级硕士生李辰阳为第二作者（DOI: 10.1016/j.rser.2025.116236）。

针对Ⅳ型复合材料压力容器（CPV）制造过程中过渡区域内环向铺层落点位置几何不连续导致局部应力集中等关键问题，创新性提出一种弧形穹顶过渡区设计方法。研究团队基于35MPa Ⅳ型复合压力容器，构建了三维有限元模型，采用多种铺层方案并结合Hashin损伤准则系统评估了复合层的失效行为。同时通过水压爆破实验与CT扫描测试验证了该方法的有效性。实验数据表明，几何连续过渡设计既能缓解纤维应力集中，又能提升结构承载能力，环向层内层集中堆叠的铺层序列表现尤为优异。梁建国教授表示：“该方法为高性能碳纤维复合材料Ⅳ型储氢容器的铺层设计提供了系统的优化框架，加速推进了其商业化进程。”该成果在氢能无人机、氢能源汽车等高端制造领域具有广阔的应用前景。论文通讯单位为太原理工大学机械工程学院，通讯作者为梁建国教授，2023级博士生田旺为第一作者（DOI: 10.1016/j.compositesb.2025.112861）。

研究工作获得了国家自然科学基金面上项目、山西省科技重大专项等项目的资助。