Experimental and numerical study of hypervelocity impact damage on composite overwrapped pressure vessels

Ground-based tests are important for studying hypervelocity impact(HVI)damage to spacecraft pressure vessels in the orbital debris environment.We analyzed the damage to composite overwrapped pressure vessels(COPVs)in the HVI tests and classified the damage into non-catastrophic damage and catastrophic damage.We proposed a numerical simulation method to further study non-catastrophic damage and revealed the characteristics and mechanisms of non-catastrophic damage affected by impact conditions and internal pressures.The fragments of the catastrophically damaged COPVs were collected after the tests.The crack distribution and propagation process of the catastrophic ruptures of the COPVs were analyzed.Our findings contribute to understanding the damage characteristics and mechanisms of COPVs by HVIs.

碳纤维缠绕复合气瓶自紧力和疲劳的数值模拟

采用数值模拟方法研究了自紧工艺对碳纤维缠绕复合气瓶的应力分布和疲劳性能的影响。基于ANSYS商用有限元分析软件,考虑气瓶封头部分碳纤维缠绕层的角度和厚度沿封头子午线的连续变化,建立了有限元模型。分析验证了54 MPa自紧压力对复合气瓶零压和35 MPa工作压力下内衬和复合材料缠绕层应力的影响,并利用Coffin-Manson公式预测了复合气瓶的疲劳寿命。结果表明,自紧后复合气瓶内衬在工作压力下的最大应力减小了29.1%。有限元计算的疲劳寿命结果与实验测定结果之间的误差<8%,验证了有限元模型和计算方法的正确性。

复合材料高压气瓶的碳纤维缠绕设计和ANSYS分析技术

为了获得复合材料气瓶合理的有限元分析模型,并能够有效地掌握气瓶固有的变化规律,以不锈钢316L为内衬、碳纤维(T1000GB)/环氧树脂(BA202)为复合层的高压气瓶作为研究对象,介绍了一种采用螺旋缠绕与环向缠绕组合线型的缠绕设计方法。利用该方法确定复合层厚度、缠绕角、缠绕层数等参数,运用ANSYS程序,采用薄壁壳单元shell91建立了复合层多层结构模型,得出了气瓶应力、应变分布规律,并给出了气瓶疲劳破坏点和起裂点处失效参数的变化历程,最后,将ANSYS计算结果与试验实测结果作了比对分析,为定量化研究复合材料气瓶提供准确的数据支持。研究结果表明:ANSYS数值仿真结果与试验结果吻合良好,采用壳单元shell91可以比较正确地模拟复合层的多层结构;柱形复合材料气瓶破坏薄弱点位于筒体(靠封头)部位,气瓶受环向膨胀力影响较大,易使其沿纵向撕裂;随瓶内压力升高,薄壁内衬发生完全塑性变形,复合层仅发生弹性变形。

纤维缠绕复合材料气瓶内衬的屈曲分析

为深入了解纤维缠绕复合材料气瓶的内衬屈曲情况,基于ANSYS有限元软件,运用数值模拟方法对纤维缠绕复合材料气瓶的金属内衬结构进行屈曲分析,建立了复合气瓶内衬结构的有限元模型,采用特征值法分析得出内衬1~10阶的屈曲模态,并利用非线性稳定法绘出内衬位移量随外压变化曲线.结果表明,计算得到的内衬临界失稳外压为0.199 MPa,与复合气瓶内衬外压试验结果相符合,证实了本文对于复合气瓶内衬屈曲分析的可靠性.

复合材料气瓶有限元分析与爆破压力预测

利用ANSYS大型有限元程序建立了复合材料气瓶的有限元模型,建模中将纤维缠绕层作为复合材料层合板处理,考虑了封头处缠绕层厚度及缠绕角沿子午线不断变化的情况。针对建立的模型进行了气瓶在几个工况点下的变形分析,利用最大应变准则预测了气瓶的爆破压力。通过分析结果与相应试验结果对比,验证了建模与分析方法的正确性。

一种卫星用钛内衬-碳纤维缠绕复合材料气瓶特性研究

为了研究复合材料高压气瓶固有特性,针对钛内衬(TA1)/碳纤维(T1000GB)缠绕柱形复合材料气瓶进行了特性分析和应力-应变检测。总结了内衬特性和复合层特性对气瓶产生的各种影响,根据柱形气瓶环向应变和纵向应变实测数据分析了瓶体应变的变化规律和主要影响参数,找出了瓶体强度薄弱区,为结构优化和同类产品设计提供了可靠数据和理论指导。

复合材料气瓶的有限元建模与屈曲分析

复合材料气瓶在空间系统中逐渐取代全金属气瓶而得到越来越广泛的应用。利用ANSYS大型有限元程序建立复合材料气瓶及其内衬的有限元模型,建模中将纤维缠绕层作为复合材料层合板处理,考虑了封头处缠绕层厚度及缠绕角沿子午线不断变化的情况。建立了气瓶整体结构的特征值屈曲分析与非线性屈曲分析有限元方程,并分别进行了气瓶整体结构和内衬的外压失稳(屈曲)分析计算,得出了气瓶整体结构及内衬的屈曲模态形状和临界外压。

金属内衬碳纤维全缠绕气瓶的有限元分析

本文通过有限元的分析方法,对具有铝合金内衬的碳纤维全缠绕复合材料气瓶的结构进行了剖析,建立了较为合理的复合材料气瓶有限元模型,对气瓶模型的基本建模分析过程进行了阐述和研究。采用ANSYS参数化编程语言(APDL)对复合材料气瓶进行参数化建模,参考美国制定的DOT-CFFC标准《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》,对公称工作压力、试验压力和最小爆破压力下的碳纤维缠绕铺层和铝合金内衬的各向应力分布进行了数值模拟和计算,并预测了复合材料气瓶的实际爆破压强。

复合材料气瓶有限元应力应变分析

本文利用ANSYS大型有限元程序建立了复合材料气瓶(金属内衬)的有限元模型,建模中将纤维缠绕层作为复合材料层合板处理,考虑了封头处缠绕层厚度及缠绕角沿子午线不断变化的情况。针对建立的模型进行了气瓶在几个工况点下的变形分析,通过在30MPa压力4、5MPa压力下的位移分析和试验测量对比,分析和试验结果分别为6.25MPa和5.86MPa、8.48MPa和7.69MPa,误差分别为9.3%、9.0%,均在10%以内。利用最大应变准则预测了气瓶的爆破压力约为66MPa。两次爆破试验中,测得的爆破压力分别为65MPa和68MPa。结果表明,建模与分析方法是正确的。

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。

基于核心能力的业务外包模型研究

业务外包时刻存在于企业的生产过程中,特别是随着业务外包中技术和知识含量的提高,外包决策和管理能力已经成为企业核心能力的重要体现和组成部分,所以从核心能力的视角研究业务外包过程具有重要的现实意义。

YB95A条外透明纸包装机独立运行设计

为满足YB95A条外透明纸包装机独立运行的需要,解决需人工完成硬制条盒条外透明纸包装问题,对其进行了改造设计。通过增加动力输入装置、条盒输送通道、电控柜及控制系统、气路输送系统、编码器装置等,实现了包装机的独立运行。应用效果表明,机器包装的烟条整齐美观,符合工艺标准,原每班次36名员工每天仅能人工完成数千条生产任务,改进后每班次只需2名员工进行维护工作,生产能力可达25条/分钟,有效提升了工作效率。

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。

浅谈汽车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶的定期检验

近年来,随着国家对环境保护要求的提高,使用天然气作为燃料的汽车越来越多,车用气瓶的定期检验就成为了一个非常重要的课题。通过对车用气瓶定期检验的流程、检验过程、检验方法、注意事项等进行了叙述分析,为检验人员提供一些借鉴。

对《呼吸器用复合气瓶定期检验与评定》(GB24161—2009)的商榷

通过复合气瓶定期检验中遇到的实际问题,对GB 24161-2009《呼吸器用复合气瓶定期检验与评定》标准范围的覆盖面、个别检验项目评定指标的可操作性以及个别项目评定指标与设计的偏差进行了探讨。

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。

车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶的设计与制造

详述了车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶的设计原则、材料选择的要求、制造工艺方法和制造中应注意的问题,解析了车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶与单一材料结构的气瓶在设计和制造上的不同。

复合材料产品设计和开发中的工艺设计和控制

工艺设计是采用先进的工艺设计方案、科学合理、经济可行地实现产品的设计意图。而工艺设计的控制是确保工艺设计可以达到规定目标的适宜性,充分性和有效性的的重要保障,从而使工艺设计能够完全、正确、统一、协调。本文结合复合材料气瓶阐述了复合材料产品设计和开发中的工艺设计程序及控制内容。

沉管法隧道防水设计技术综述

全面介绍了沉管法隧道的防水设计要点,详细阐述了管节外包防水层设计,管节接头防水设计,管节本体的施工缝、变形缝、水下最终接缝、管节与岸边段接缝的防水设计,以及端钢壳等钢构件的防腐设计。

航天器用大型复合材料贮箱研制技术

推进剂贮箱是卫星、飞船推进分系统,用于贮存推进剂的关键平台载荷,为提高航天推进系统与单机整体性能,追踪国外发展趋势,进行了国内外文献调研与分析。针对航天大型复合材料贮箱研制技术,分别从材料选择、结构设计、可靠性设计、制造工艺、鉴定试验与产品标准等方面阐述了技术重点内容。推进剂贮箱技术是设计、材料、工艺、试验等技术的集成技术,随着技术水平提升,推进剂贮箱综合性能也在不断提高。航天推进剂贮箱向复合材料结构、低温贮存、轻重量、高强度、高可靠性、高安全性、长寿命、环境适应性强等方向发展。