复合材料压力容器的研究与制备

本文介绍了复合材料压力容器的研究进展,分析了影响压力容器设计的主要参数,根据网格理论,结合缠绕角和铺层顺序的优化,设计制备了国产碳纤维复合材料压力容器。试验结果表明,压力容器设计满足技术要求,国产碳纤维在CFRP压力容器上的应用是可行的。

压力敏感性材料球形孔洞动态扩展问题

为进一步研究岩土材料爆炸场的特点,采用椭圆型屈服准则和自相似假设,并结合Hopkins三区模型,研究幂硬化材料球形孔洞动态扩展问题.通过对弹性区的研究得出弹性区应力的分布和弹塑性交界处的连续条件;然后在塑性区给出一个求解动态扩展问题的非线性微分方程组;最后通过打靶法数值求解该非线性微分方程组,给出满足边界条件的数值解,并讨论材料参数对场量的影响.结果表明,椭圆型屈服准则能很好地描述压力敏感性材料中孔洞的动态扩展.

国内外空间复合材料压力容器研究进展及发展趋势分析(一)

综述了国外空间系统复合材料压力容器技术的研究进展,总结了国内复合材料压力容器研究的成果,并结合国外发展情况对我国空间COPV的发展趋势进行了分析。

数字散斑相关方法及其在碳纤维复合材料压力容器变形测量中的应用

提出了一种新的基于图像灰度梯度迭代的数字散斑相关方法(DSCM,digital speckle correlation method)。通过使用DSCM测量碳纤维复合材料压力容器在水压下的局部区域的位移场和应变场,分析了复合材料压力容器的轴向和环向的变形特征,为碳纤维复合材料压力容器的优化设计提供了理论和实验依据。

纤维缠绕复合材料压力容器渐进损伤分析

利用大型有限元软件ANSYS的参数化设计语言(APDL)建立了纤维缠绕复合材料压力容器的有限元模型,该模型真实地反应了复合材料压力容器封头处纤维缠绕层的厚度以及纤维缠绕角度沿子午线不断变化的情况,即充分体现该压力容器结构的真实性。针对建立的有限元模型,对复合材料压力容器在一定内压下的应变进行了分析,将分析的结果与试验结果比较,验证该模型的准确性。在此基础上进行了复合材料压力容器的渐进损伤分析,获得了复合材料压力容器在外载荷逐渐增加的情况下,复合材料缠绕层逐层失效破坏的详细信息,为复合材料压力容器的设计提供一定的依据。

复合材料压力容器无损检测研究现状

随着复合材料压力容器的研究及其在航空航天等领域的广泛应用,检测复合材料压力容器内部缺陷、损伤的无损检测技术也得到迅速的发展.总结了用于复合材料压力容器无损检测的超声波技术、声发射技术、声-超声技术、涡流检测技术、计算机断层扫描技术、红外热波、数字散斑等主要无损检测方法,对上述方法的原理、特点、适用范围及其在复合材料压力容器无损检测中的检测特征作了简要评述;并对复合材料压力容器无损检测研究进行了展望.

纤维缠绕复合材料压力容器健康监测研究进展

阐述了纤维缠绕复合材料压力容器健康监测传感器的特点和原理,对纤维缠绕复合材料结构健康监测工作中的固化过程监测、服役环境监测、内压和结构应变监测、损伤监测、爆破压力监测、泄漏监测进行了介绍和比较。最后,对纤维缠绕复合材料结构健康监测工作进行了展望,并提出了几点建议。

国内外空间复合材料压力容器研究进展及发展趋势分析(二)

综述了国外空间系统复合材料压力容器技术的研究进展,总结了国内复合材料压力容器研究的成果,并结合国外发展情况对我国空间COPV的发展趋势进行了分析。

复合材料压力容器基体开裂损伤的研究

复合材料压力容器损伤破坏的主要形式之一是基体开裂,本文利用损伤力学方法中的细观力学对复合材料压力容器进行分析,采用等效夹杂法分析基体中任一点的应力情况,当应力达到临界值时基体开始产生裂纹,描述了基体开裂损伤的演化过程,建立裂纹密度和压力容器弹性模量之间的关系式,表现基体裂纹对压力容器刚度的影响。用压力容器的弹性模量定义损伤变量,进而建立了弹性模量和载荷循环次数之间的关系式。

国产T700S碳纤维增强复合材料压力容器的成型工艺

分别采用扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪对国产T700S碳纤维表面形貌及表面涂层进行了表征,通过NOL环实验对两种树脂体系进行优选,找到了一种与国产T700S碳纤维匹配性较好的树脂体系,然后设计正交试验,对影响?150 mm复合材料压力容器成型的因素设置了不同的水平,通过正交试验比较,最终确定缠绕张力为40~50 N﹑封头补强方式为碳布补强环补强﹑胶槽温度55~60℃、刮胶板和滚胶筒间隙0.15~0.20 mm、缠绕后处理方式为玻璃布带环向/螺旋向各缠绕1层时,制作的复合材料压力容器特性指数最高(37.5 km),可作为国产T700S碳纤维进一步工程化应用的参考。

基于D-P准则的压力相关材料结构拓扑优化

基于描述材料力学行为的Drucker-Prager(D-P)屈服准则,研究了压力相关材料连续体结构拓扑优化设计问题的数学模型和数值算法.以单元材料人工密度为设计变量,结合SIMP惩罚模型和多孔微结构局部应力插值模型,建立了以材料体积最小化为目标、考虑材料D-P屈服条件约束的优化问题数学模型.利用ε-松弛方法消除奇异解现象,采用伴随法有效推导约束函数灵敏度计算公式,运用基于梯度的连续变量优化算法迭代求解优化问题.数值算例验证了优化模型的正确性及数值算法的有效性,并通过与von Mises应力约束优化结果的比较,说明了材料的压力相关特性会对结构最优拓扑产生重要影响.该方法设计出的最优拓扑由于充分利用了压力相关材料的抗压能力,因而更为合理和实际.

气体压力敏感材料的发展

介绍了气体压力敏感材料的发展状况,并总结、比较了不同敏感机理下的气体压力敏感材料的性能,最终对气体压力敏感材料的发展趋势进行了预测。

纤维缠绕复合材料压力容器的多尺度分析与性能预测

纤维缠绕复合材料压力容器由纤维、基体和界面组成,其宏观性能会随着组成材料微观性能的变化而变化,为了更加科学准确地对复合材料压力容器性能进行预测,有必要建立多尺度性能预测与分析方法,将ANSYS微观分析与ABAQUS宏观分析相结合,以此指导设计,提高其性能。此外,通过微观脱黏试验、树脂和碳纤维的拉伸试验获得复合材料微观力学参数,通过材料体系XSYT55G成形的缠绕层压板样品进行拉伸和剪切强度试验获得复合材料的宏观力学参数。采用提取的代表体积元素(RVE)进行微观失效分析,并引入渐进均匀化理论,实现微观到宏观的分析过度,同时将该分析方法应用到纤维缠绕复合材料的压力容器算例分析中。分析结果表明:RVE模型进行拉伸失效分析,Weibull模量(m)值越小,失效单元数越多,模型承载力越低;对不同纤维强度Weibull分布进行分析,m值越大,宏观模型模量峰值越晚出现,变化越剧烈;纤维强度离散性m值对爆破压力和失效过程有重要影响,随着m值增大,压力容器失效越晚,载荷变化越剧烈,爆破压力也随之增大。

理想弹塑性压力敏感性材料中球形孔洞的动态扩展研究

通过椭圆形的屈服方程和自相似假设,结合Hopkins三区模型,研究了理想弹塑性压力敏感性材料中球形孔洞的动态扩展问题,得到了塑性区场量的非线性控制微分方程组。通过弹性区的应力场以及弹塑性边界的塑性屈服条件,给出了塑性区的初值,并应用打靶法给出了问题的数值解。结果表明:与幂硬化材料中的应力场变化不同,理想弹塑性压力敏感性材料中,应力场的变化较小,且基本不受参数孔洞膨胀速度m和压力敏感性参数α1、α2的影响;随到孔边距离的减小,应变明显增大,同时相对密度稍有增大。

复合材料缠绕压力容器冲击损伤分析

基于复合材料经典层合板理论和冲击动力学理论,采用Chang-Chang损伤准则对受低速冲击后的复合材料缠绕层进行损伤判定,并进行相应的刚度折减,分析复合材料纤维缠绕压力容器在冲击载荷作用下的动态响应和损伤状况。结合动力松弛法分析冲击能量对不同工作压力下复合材料缠绕压力容器抗冲击性能的影响,并对压力容器不同部位的抗冲击敏感性进行了相应研究,预测出压力容器的缠绕层损伤特征和最不利的冲击位置。

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。

卫星用复合材料压力容器力学特性研究

为了研究航天复合材料压力容器内衬与复合材料双层壳体的力学特性,通过优化复合材料网格理论算法,针对钛合金内衬(TC4)/碳纤维(T1000GB)缠绕柱形复合材料压力容器进行了应力应变特性分析。以纤维预紧应力为自变量,研究其对内衬/纤维双层壳体在预紧压力、工作压力、验证压力和爆破压力下应力的影响,提出了优化设计的解析解法,指出内衬与复合层力学特性对容器性能的影响机理,为结构设计和同类产品设计提供了计算方法和理论指导。

低能量冲击对碳/环氧复合材料缠绕压力容器的结构损伤及强度影响分析

碳/环氧复合材料缠绕压力容器对外界冲击非常敏感,较低能量的冲击就有可能造成容器结构的严重损伤,进而导致爆破强度的显著降低。国外在碳/环氧复合材料缠绕压力容器低能量冲击研究方面取得了一些试验结果,在对这些试验结果进行综合分析,提炼出了影响冲击损伤效果的相关因素,并分析了这些因素对损伤效果的影响趋势进行了。另外对我国今后开展这方面的相关研究工作提出了一些建议。

压力敏感性材料准静态扩展裂纹尖端场

为了研究压力敏感性材料的准静态扩展裂纹尖端场,建立了压力敏感性材料准静态扩展裂纹的力学模型.在稳态扩展阶段,应力和应变具有相同的奇异量级,即(σ,ε)∝r-1/(n-1).引入Airy应力函数,通过渐近分析得出了裂纹尖端应力和应变的分离变量形式的渐近解,并采用双参数打靶法求得了裂纹尖端应力和应变的数值结果.数值计算结果表明,裂尖场主要受材料的泊松比ν和幂硬化指数n的控制.通过对裂纹尖端场的渐近分析,从应变角度出发,提出了压力敏感性材料准静态扩展裂纹的断裂判据.

复合材料压力容器充气温度效应分析

通过对复合材料压力容器进行24小时气密性检验,测试得到压力容器充压后温度稳定时间和压力稳定时间,分析压力容器充压压力和温度之间的关系。拟合实验结果得到的压力-时间方程和温度-时间方程可以用来预测不同充气压力下的温度效应。