复合材料容器最佳预压力的研究

具有金属内衬的纤维缠绕复合材料压力容器的承载能力在很大程度上取决于金属内衬的弹性变形范围。根据三维弹塑性理论,并结合强度条件,提出了自增强处理提高金属内衬弹性变形范围的方法,并研究了最佳预压力的求解方法及承载能力的提高情况。结果表明,通过对容器施加预压力,使内衬达到最佳塑性状态,可提高容器的极限承载能力。     

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。     

纤维缠绕气瓶设计分析

讨论了具有金属内衬的纤维缠绕气瓶在加压和卸压过程中的变形特性。依据网格理论,给出了纤维缠绕壳体的设计方法。对塑性性能良好的金属材料内衬,可用强度理论中的最大正应变准则进行强度设计。推导出气瓶卸压时内衬不失稳所应满足的条件。为使卸压时内衬不失稳,内衬与纤维缠绕壳体之间应有足够的粘接强度,而且内衬的壁厚应越薄越好。对壁厚较薄的内衬,给出了气瓶卸压时内衬不失稳的最小粘接强度的确定方法。算例表明,文中给出的设计分析方法,可用于具有金属内衬纤维缠绕气瓶的初步设计。     

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。     

“柱形”铝内衬纤维缠绕复合材料气瓶自紧分析

自紧是纤维缠绕复合材料气瓶加工成型过程中的关键工序,其自紧压力大小直接影响气瓶的承压能力及疲劳寿命。本文基于复合材料层合板理论及各向同性材料弹塑性理论,采用ANSYS有限元分析软件,建立各向同性金属材料及各向异性复合材料层的有限元分析模型,对航天用53 L"柱型"铝内衬纤维缠绕复合材料气瓶进行自紧分析,研究自紧压力对气瓶铝内衬和纤维缠绕层受力状态的影响,确定气瓶最佳自紧压力。研究表明,自紧处理能显著降低气瓶铝内衬在工作压力下的最大拉应力,扩大其弹性工作范围,提高疲劳性能。     

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。     

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。     

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/金属内衬复合材料气瓶应力分析

针对纤维缠绕/金属内衬复合材料气瓶结构复杂、参数多及设计分析困难等问题,提出了一种面向设计的纤维缠绕/金属内衬复合材料气瓶应力分析方法,并通过一个碳纤维缠绕/铝合金内衬柱形复合材料气瓶的应力分析,评估了分析方法的有效性.     

一种卫星推进系统复合材料氦气瓶设计及验证

在忽略内衬的条件下,对一种卫星推进系统复合材料氦气瓶进行了初步设计,并在考虑内衬的情况下,对初步设计的结果进行了详细设计和改进,获得了气瓶的内衬厚度、螺旋纤维和环向纤维厚度及缠绕角等参数。用有限元法对所设计的氦气瓶进行静力学、稳定性和模态分析,并作了完整的鉴定试验。设计和验证结果表明,基于网格理论的复合材料容器设计法可用于空间高压气瓶的设计,用有限元法对气瓶的力学性能进行分析和验证。两者结合,可有效满足复合材料压力容器设计及其分析的工程需求。     

复杂载荷下复合材料组合壳体局部补强的数值分析

分析某固体火箭发动机的复合材料组合壳体在轴压、外压及弯矩联合作用下的变形情况发现,该结构铺层设计不够合理,造成复合材料铺层变形不协调,导致结构过早破坏。通过数值模拟方法,对在复杂栽荷作用下结构复合材料局部铺层改变进行补强研究,提出相应的优化局部铺层补强的方案。计算结果表明,所提出的局部改变铺层的方法可以较大幅度地提高结构承载能力,为结构设计的改进提供参考。     

电缆支座承受径向载荷时的弹塑性分析

采用ANSYS软件对发动机电缆支座几种不同结构方案及其承载能力进行了三维有限元分析。考虑了材料的非线性弹塑性行为，计算给出了电缆支座承载能力，与试验结果比较吻合。     

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.     

复合材料压力容器在航天领域的应用研究

综述了复合材料压力容器在航天领域的最新应用进展,列举了国外空间系统应用的几个典型实例,从金属内衬、纤维材料及树脂基体方面给出了比较重要的技术信息.论述了低温复合材料压力容器的研发与应用趋势,金属内衬和缠绕纤维在低温环境下的性能表现优异及低温环境下树脂基体的选择.探讨了复合材料压力容器无损检测方法的研究现状及展望.未来复合材料压力容器无损检测技术将向着高效实时、精确定位、定量分析及由局部缺陷检测向整体缺陷检测的方向发展.     

高强低模Zr基非晶合金的性能实验和张力计构件制备

Zr基非晶态合金具有高强度和低弹性模量,符合航天器弹性体构件的设计要求。文章采用铜模铸造法制备了Zr基非晶合金张力计构件,并对该合金的结构、热性能、力学性能进行了系统的测试和表征,着重分析了该非晶合金的铸造尺寸、成分配比与非晶形成能力的关系。研究成果有助于推动非晶合金在空间领域的工程化应用。     

宇航压力容器表面裂纹的断裂判据

用非线性线弹簧模型,对含有表面裂纹的球瓶破坏性实验结果进行了弹塑性断裂力学分析。讨论了对宇航薄壁压力容器表面裂纹建立安全评定标准的必要性。采用线弹性断裂力学分析方法可能给出危险的结果。将J_(m.d.p)=J_(IC)作为宇航压力容器表面裂纹弹塑性断裂的判据,具有准确,简便的优点。