纤维缠绕金属内衬压力容器的设计和分析技术

介绍了纤维缠绕金属内衬压力容器的工艺特点、性能优势和爆破前先泄漏(LBB)的安全失效模式,以及一般设计原则、构形、材料和工艺要求。分析了金属内衬的厚度、过渡区、焊接区和纤维缠绕层,以及输入输出极孔的设计技术。阐明了用于静力分析的解析法和数值法,以及用于循环寿命预测的断裂力学分析法。最后概述了一些新技术、新材料的应用情况,并指出了压力容器设计的发展趋势。

航天系统用纤维缠绕/金属内衬压力容器的寿命分析技术

本文分析航天系统对纤维缠绕/金属内衬压力容器的寿命要求,介绍近几年国外航天技术领域对纤维缠绕/金属内衬压力容器普遍采用的寿命分析技术,同时对各种分析技术在使用时应关注的问题进行讨论,并对不同技术之间的差异进行比较。

金属内衬纤维缠绕复合材料压力容器数值分析

压力容器设有金属内衬及复合材料,解析了压力容器内在的压力数值。金属内衬具有缠绕的纤维,考虑到复合材质选取的厚度及铺设的角度。构建了材料模型,采纳弹塑性根本理论用作解析复合材质的压力容器。简化了数值解析必要的模型,观测内在的容器荷载变动。分析得到了与模拟模型彼此吻合的数值,表明解析的步骤是有效的。

具有金属内衬的纤维增强复合材料压力容器的应力分析

采用纤维增强复合材料缠绕压力容器 ,改变了传统压力容器所用的材料全部为优质钢材的状况 ,既可以节约大量的钢材 ,又可以满足所需要的强度要求。采用弹性力学的基本原理推导出由纤维与金属这两种材料组合而成的压力容器的筒身段在均匀内压作用下的应力计算公式 ,并讨论了应力在容器壁内的分布规律。

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。

样条配点法分析具有金属内衬的纤维缠绕内压容器

对于带金属内衬的纤维缠绕内压容器，采用叠层薄壳理论进行了分析。利用Ｂ样条配点法求解。数值计算结果与实测符合较好。

6061铝合金内衬碳纤、玻纤全缠绕压力容器的发展

目前的压力容器要求具备质量轻、耐蚀性好、可靠性高、制造周期短、承载能力强、结构效率高、气密性和力学性能优良等特点,应用于轻工、能源、医疗、交通和航空航天等领域。影响压力容器的使用寿命的主要因素有:内衬失效、内衬与缠绕层界面分离或破坏、纤维缠绕层失效。结合笔者自身的工作经验,对碳纤、玻纤全缠绕铝合金内衬的压力容器的设计及发展进行了阐述,论述了完善内衬和纤维缠绕层的设计,提出了可行的加工生产方案,分析了容易出现的问题。

金属内衬纤维缠绕内压容器几个设计公式的探讨

本文根据文献[1]提出的设计思想,推导了具有金属承载内衬的纤维缠绕高内压容器的设计计算公式,修正了原文结果,并与实际算例的试验数据进行了比较。

玻璃纤维缠绕压力容器接头分析

1、前言 玻璃纤维缠绕压力容器在宇航工业中首先使用以来,目前在化工、建筑等工业中也得到越来越广泛的应用。为了缠绕工艺和使用的需要,通常要在容器的两端安装金属接头(一般为铝合金)。容器的结构尺寸及缠绕规律按玻璃钢容器的设计理论确定以后,如何确定金属接头的形状和尺寸,就成为玻璃钢容器设计的重要内容之一。 接头肩根部是压力容器的重要受力部位,

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。

金属内衬碳纤维全缠绕气瓶的有限元分析

本文利用有限元分析方法对金属内衬碳纤维全缠绕气瓶结构进行了研究,研究出了合理的复合材料有限元模型。同时,对复合材料气瓶进行参数化建模研究,采用ANSYS参数化编程语言(APDL)分析了碳纤维缠绕铺层的分布。此外,分别在公称工作压力、最小爆破压力和试验压力等不同压力的情况下进行了数值计算和数值模拟,以进一步设想出复合材料气瓶的实际爆破压强。

轻量化复合材料压力容器研究进展

复合材料压力容器结构设计理论的发展,薄壁金属内衬成型技术的创新,缠绕成型工艺仿真技术的实现以及性能监测与评价体系的建立,为最大化地减轻复合材料压力容器的重量奠定了基础,有效地解决了新一代航天飞行器动力系统的减重技术"瓶颈"。

提高金属内衬容器承载能力的预外压法

具有金属内衬的复合材料容器的承载能力很大程度上取决于金属内衬的弹性变形范围和稳定性。基于三维弹性理论,并结合第四强度理论,研究了在施加外压力时保证金属内衬不失稳的条件下,具有金属内衬的纤维缠绕容器的应力分布情况和承载能力的改善情况。结果表明,给金属内衬施加预外压力,可以提高容器的极限承载能力,更好地发挥纤维层的承载能力。

不锈钢内衬纤维复合材料球形高压容器研制

采用高强芳纶Ⅱ和凯芙拉-49纤维及不锈钢内衬,研制出小型球形环氧树脂基纤维复合材料压力容器。主要介绍了容器的结构材料、设计、试验方法。通过容器的密封性检验及贮存前后的液压爆破试验,结果表明,容器的设计是成功的,满足了设计使用要求。与同类钢制压力容器相比,在内径、外径、工作压力、安全系数相同情况下,该复合材料容器质量可减轻60%以上,漏率小于1×10-8Pa.m3/s,且贮存3年后爆破压力不会下降并略有提高。

薄壁铝内衬芳纶缠绕高压气瓶的研制

本文对薄壁铝内衬芳纶纤维缠绕复合材料高压气瓶的设计、工艺制作、试验进行了研究 ,针对芳纶复合材料低层间剪切强度、易吸潮及高温条件下强度损失大的特点 ,研究一种高层间剪切强度、耐高温的树脂体系 ,并对该树脂体系的工艺进行研究 ,并进行了大量的试验验证 ,从而得出芳纶纤维缠绕金属内衬复合材料高压气瓶的设计方法和工艺制作方法。同时对金属内衬复合材料高压气瓶的疲劳和早期渗漏进行研究。

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。

自紧工艺对复合材料压力容器金属内衬断裂强度的影响

基于压力容器自紧前后金属内衬的应力分析,利用子模型方法建立了含内衬表面圆裂纹的有限元模型,使用区域积分法计算了其在工作压力下裂纹前缘的J积分值,研究是否采用自紧工艺和不同自紧压力值情况下的裂纹尖端强度。结果表明:经过自紧工艺处理后裂纹前缘的J积分值将明显提高,且随自紧压力值的增大而增大;随着裂纹尺寸的增大,相应的J积分值也增大,并且沿裂纹前缘的J积分曲线变陡。由此说明自紧工艺压力值的提高和裂纹尺寸的增加均增大了内衬开裂的风险,因此复合材料缠绕压力容器自紧工艺压力值的确定需进行金属内衬的断裂分析。

复合材料缠绕氙气瓶研制技术

目前我国电推进技术在航天领域取得了很大的进展,具有广阔的应用前景,作为电推进技术的一项关键产品,氙气瓶为电推进技术贮存和提供燃料——氙气,除要求具备航天用气瓶的质量轻、强度高和爆破前先泄漏安全失效模式外,同时要求其具有高可靠性和长寿命特点。本文从产品性能、设计和试验等方面阐述了某复合材料氙气瓶的研制情况,提出了内衬和复合层的选材要求,对内衬结构和复合层强度进行了设计,并对氙气瓶的试验进行了描述。

国内外复合材料气瓶发展概况与标准分析(一)

复合材料气瓶在航天、航空和民用领域都有着广泛的应用,对复合材料气瓶的研制进展和典型应用进行了简要介绍,并分析了复合材料气瓶及其成型工艺的发展趋势,综述了航天、航空和民用领域复合材料气瓶标准的发展概况,并针对我国复合气瓶标准制定面临的问题进行了分析。