环形容器缠绕线型设计及计算机仿真研究

首先对环形容器的外形进行数学描述,应用空间解析几何和微分几何知识建立了相应的数学模型,在对缠绕线型规律进行分析的基础上,做了测地线缠绕线型的分析和设计;同时在VB6.0环境下,对构件采用参数化的设计方法,实现了线型计算、纤维坐标值求解以及线型连续仿真的模拟,结果与理论上推导的数学模型相符,对实际生产有很重要的参考价值,为环形容器缠绕工艺的开发与应用奠定了基础。     

推进剂系统的纤维/金属复合压力容器

鉴定各种不同外形的全金属和纤维/金属复合压力容器的结构效率最令人满意的方法是:采用特性系数作为它们的工作压力、内部容积、重量等基本参数的比较。根据这个特性系数,可以看出纤维/金属复合的球形容器性能最高,其次才是金属球形容器。然而,由于最近的技术发展,复合的凯夫拉/铝圆筒形容器的性能和重量正接近于全金属球形容器。另外,复合材料圆筒容器较便宜,很适用。有时它提供比球形容器更好的装填系数。因此复合材科圆筒容器可以用于航天推进系统,它们已经用于航天飞机人工机动飞行系统上。     

纤维缠绕厚壁柱形压力容器的应力和变形

研究了各向同性材料内胆对称缠绕纤维的厚壁圆柱形容器在内外压力作用下的变形和应力.采用正交各向异性本构关系和轴对称厚壁筒理论,利用解析方法获得了纤维层和内胆的变形和应力,以及纤维方向的应力;对壁厚较厚和不同缠绕角,更准确地揭示纤维向应力和内胆应力.比较了分别用玻璃纤维环氧和炭纤维环氧缠绕铝内胆和钢内胆的容器在内压作用下,不同缠绕角方案中内胆和纤维向应力分布.研究表明,壁厚对不同缠绕角容器的应力和变形影响不同,总体影响较小;从降低内胆的等效应力和充分发挥纤维纵向强度角度看,炭纤维缠绕铝筒最好;横向强度和剪切强度是缠绕复合材料容器的主要控制参数,缠绕工艺需要提高这些指标以充分发挥纤维纵向强度.     

一种高性能环氧树脂体系

在某型号高压容器研制过程中，通过实验对比研制出了一种高强高韧的环氧树脂体系。该体系可以用于纤维缠绕、RTM、真空浇注、纤维模压、纤维喷射成型等复合材料生产工艺。尤其应用在纤维缠绕内压容器型复合材料结构件上，其性能显得更为突出。     

碳纤维环氧压力容器封头加强研究

本文提出用环向缠绕的复合材料垫片对封头进行局部加强,使发动机在圆筒段的螺旋/环向设计应力比提高,最大限度地降低螺旋层材料重量,使压力容器的PV/W值达到最大。本文对最佳封头垫片的加强技术进行了研究和验证。利用试验容器和有限元模型,比较了封头加强的许多方法,得到了最能提高封头强度的加强形式。试验表明,采用这些加强方法封头强度可比未加强的提高17％,而重量增加极小。     

航天复合材料压力容器研制技术

分析了航天复合材料压力容器技术指标特点。提出了容器金属内衬、增强纤维和树脂基体的选材要求。讨论了金属内衬全金属承压区、薄膜区、封头过渡区、封头/筒体界面、焊接区的结构设计方法,以及圆柱形、球形、近球形、椭球形、环形、锥形容器纤维缠绕复合材料壳体结构特点。简述了结构设计算法,以及包括疲劳寿命、应力断裂寿命、爆破前先泄漏(LBB)安全失效模式等容器安全设计的分析和试验方法。     

两腔压力容器设计中的一些问题

本文就较典型的换热容器和带夹套容器这两类两腔容器在设计参数、技术要求和容器类别等方面的问题进行讨论,提出处理方法,供设计中参考。     

固化条件对容器表观质量及力学性能的影响

通过实验，在工艺上采用了一些技术措施，如在固化制度中增加“低温胶凝点”，预浸纱带室温存放，壳体缠绕完后固化前在室温下存放一定时间后再加热固化，用高效加热器在缠绕过程中边加热边固化（也可看作是分层预固化或固化）。提高了预浸带在室温（或低温）下的预固化度，使基体粘度增大或胶凝，从而在高温固化的过程中基体具有一定而不过分的流动性。结果表明，采用适当的固化条件可以大大改善容器的外观质量，并能够提高容器的力学性能。     

航天飞行器用的低成本高性能纤维/金属复合容器

介绍了纤维缠绕复合筒形和近球形压力容器,讨论了低成本、高性能金属内衬和纤维外缠工艺的进展,比较了压力容器的性能,详细叙述了用于未来航天飞行器容器的可能性。     

碳纤维湿法缠绕基体配方及成型研究

研究了碳纤维增强复合材料用湿法成型工艺、基体配方的性能和使用期。研究的HTllA、HTllB两种配方浇注体拉伸强度达到100MPa以上。模量为3．9GPa．力学性能优良。配方具有较高的耐热性。使用期大于9h，完全适用于湿法缠绕成型。缠绕的~H50mm碳纤维增强复合材料容器特性系数(Py／Ⅳ)均大于34km．纤维强度转化率(K)达到82％以上。     

空间压力容器可靠性定量设计方法研究

针对空间压力容器常规设计方法难以满足航天技术快速发展对轻质量、低成本、高可靠的需求,基于可靠性理论中应力-强度干涉模型,建立空间压力容器可靠性设计数学模型。结合某型号钛合金球形气瓶随机变量统计数据,开展了气瓶可靠性定量设计。计算结果表明,可靠性定量设计方法能够给出产品可靠度定量指标,并在一定程度上降低空间压力容器结构重量。     

宇航钛合金气瓶优化设计与实验验证

本文用有限元法对7升TC4钛合金气瓶进行应力分布计算和结构优化设计，并用水压爆破试验对优化结果进行试验验证。结果表明：结构优化设计使气瓶接嘴部分最大经向应力降低136MPa，约13％，7升气瓶减重210g，约7.7%，提高了气瓶的实际水压爆破压力。     

钛合金高压气瓶表面裂纹程序载荷谱试验的结果和分析

本文介绍两个带有疲劳表面裂纹的钛合金高压气瓶在程序载荷谱下的试验结果,并对它作了简单的分析。结果表明,即使气瓶具有“最大可能出现”的表面裂纹,它在公路运输及地面贮存保压过程中也是安全的。利用我们推导的表面裂纹半经验公式,参考NASA的K_(TH)/K_I实验数据,估计了在使用载荷作用下,气瓶在水介质中贮存保压较长时间裂纹不产生扩展的临界尺寸。     

样品容器火工解锁冲击试验研究

某航天器的样品容器在火工解锁过程中,出现了解锁后向前冲击移动的现象。为充分掌握样品容器在轨火工解锁过程中冲击影响情况,开展了解锁冲击分析及试验验证。根据动量守恒定律,推算了样品容器在轨火工解锁的理论冲击移动距离,并开展了3次地面验证试验。计算结果和试验结果均表明,样品容器的冲击移动距离小于12 mm的指标要求,因此不会影响在轨样品转移任务的顺利实施。     

整星热试验容器强度及稳定性分析设计

空间环境模拟器真空容器结构设计必须考虑外压载荷和设备载荷,进行详细的结构力学分析计算,使其结构安全可靠。文章采用有限元方法计算分析了容器的强度和稳定性,获得了复杂结构载荷下的应力和临界屈曲压力,在此基础上对容器进行了强度和稳定性评价,所得结果可为容器结构设计提供可靠的依据。     

三种新型真空容器大门运行机构的设计

真空容器大门运行机构根据大门类型、尺寸、使用场地情况及用户的不同要求选择不同的结构形式。近年来我们公司为了不断满足市场的需求,组织专门力量开发了各种新型大门运行机构,取得了非常好的效果。文章介绍了3种真空容器大门运行机构的工作原理、设计思路以及结构组成,可供真空容器设计者参考借鉴。     

纤维缠绕圆筒压力容器结构分析

对具有内衬的纤维缠绕圆筒压力容器进行了结构分析。将内衬作为各向同性材料,纤维缠绕圆筒作为正交异性材料处理。在内压作用下,得到了内衬和纤维缠绕圆筒的弹性应力和应变。讨论了内衬和纤维缠绕圆筒材料选取和结构设计准则,即应选取弹性模量很低,强度较高和塑性良好的材料作内衬;选取模量和强度都较高的纤维缠绕圆筒;内衬壁厚应尽可能薄,且与纤维缠绕圆筒粘接牢固。算例表明,弹性应力分析结果与测试值符合良好。     

空间碎片撞击气瓶穿孔孔径预测公式研究

星上压力容器中储存有高压气体或液体,在受到空间碎片和微流星体超高速撞击时可能发生灾难性事故。文章采用均匀实验设计方法对星上常用高压气瓶的超高速撞击仿真方案进行了试验设计,并通过LS-DYNA仿真软件对其进行了超高速撞击数值仿真,获取了不同参数的弹丸撞击气瓶时气瓶器壁穿孔孔径。通过对器壁穿孔孔径的数据拟合,建立了无防护情况下气瓶器壁的穿孔孔径预测公式。与试验结果对比表明,建立的穿孔孔径预测公式具有一定的预测精度。     

超薄钛内衬复合材料高压气瓶力学特性分析

以卫星用超薄钛内衬T1000碳纤维增强复合材料高压气瓶为研究对象,基于各向同性材料弹塑性理论及复合材料层合板理论,建立三维有限元分析模型。通过对比分析金属内衬和复合材料层在不同内压下的位移、应力和应变分布规律,得到了这种气瓶在各承压工况下的力学特性,最后通过压力试验结果验证了有限元模型的准确性。研究结果表明:当内压超过气瓶的工作压力时,复合材料气瓶主要发生轴向变形,且内衬既有弹性变形又有塑性变形,复合材料层始终处于弹性变形。此外,气瓶爆破失效薄弱点在筒体与封头的过渡区域,在不均匀应变的作用下易沿环向发生撕裂而爆破。本文的研究成果可为超薄内衬复合材料高压气瓶的设计、试验等提供参考依据。     

新型圆极化全向对称振子天线

提出一种新型的圆极化全向天线,其仿真在12%的频带宽度内电压驻波比小于2,中心频率的水平面全向辐射圆极化增益起伏小于0.25dB,圆极化轴比小于4.2dB,增益大于1.3dB。测试结果表明,在39%的频带宽度内电压驻波比小于2,中心频率的水平面全向辐射圆极化增益起伏小于0.4dB,圆极化轴比小于6.5dB,比较容易组阵。这种天线在个人通信系统和地面控制系统中有较强的实用价值。