氢能具有来源丰富、环保洁净、无污染、燃烧值高等一系列的优点，被誉为21世纪最具发展潜力的二次能源。氢能的使用离不开氢气的存储，在储氢罐中实现高压气态储氢，具有充放氢速度快、容器结构简单等优点，是现阶段最主要的储氢方式。因此各种类型的储氢罐广泛应用在氢燃料电池汽车、氢燃料电池电站、通讯基站应急备用电源、火箭燃料等领域。

按照安全制造材质和工艺，储氢罐一般分为四型：I型是金属储氢罐，II型是金属内胆纤维环向缠绕储氢罐，III型是金属内胆纤维全缠绕储氢罐，IV型是非金属的纤维全缠绕储氢罐。复合材料储氢罐具有质量轻、强度高、模量高和可设计性强等特点，被广泛应用于航空航天、建筑、汽车、火箭等领域，也是未来发展的一大趋势。

复合材料缠绕储氢罐的制造工艺过程（如图1）较为复杂，在实际的生产过程中会出现多种类型的缺陷，如纤维波纹度、纤维分布不均匀、树脂硬化后的孔隙等。这些缺陷会大大影响储氢罐结构的性能，如结构的刚度、强度、疲劳寿命等。因此，储氢罐设计工程师的一个重要工作就是评估不同制造工艺缺陷对储氢罐性能的影响，并能够在设计研发阶段找出一些优化制造工艺的方法，尽量减少缺陷，从而保证储氢罐的性能满足要求。

图1. 储氢罐复合材料缠绕工艺流程（图片来自网络）。

Digimat是一款专注于多尺度复合材料非线性本构预测和材料建模的商用软件包，能够将复合材料的非线性本构关系和制造工艺过程引入到储氢罐结构的有限元仿真分析中，帮助工程师评估不同类型的复合材料和制造工艺对储氢罐性能的影响，从而支持储氢罐的设计和优化工作。使用Digimat可以帮助工程师快速选择出储氢罐最佳的复合材料，并可以通过虚拟试验方法评估复合材料结构的性能表现，减少实际试验次数。因此，在储氢罐的设计研发过程中，使用Digimat软件能够帮助客户节约一定的时间和金钱成本，达到降本增效的目的。

图2. Digimat在储氢罐的制造工艺和结构性能有限元分析之间建立桥梁。

在复合材料的储氢罐结构设计过程中，围绕材料选择、制造工艺、部件性能和缺陷影响四个方面的需求，Digimat给出相应的解决方案：

1）在材料选择方面：利用材料数据库管理软件MaterialCenter和Digimat中的虚拟试验模块（Digimat-VA），通过虚拟试验来补充实际试验，可以减少实际试验次数，从而加速储氢罐复合材料的优化选择。

图3. 利用Digimat中的VA模块进行材料虚拟试验。

图4. RVE级别和组件级别的固化过程研究。

图5. Digimat和有限元软件耦合分析复合材料储氢罐性能的流程。

图6. 利用Volume Graphics和Digimat研究实际结构中缺陷对性能的影响。