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。

缠绕张力对薄壁金属内衬复合材料气瓶性能影响

通过薄壁金属内衬的外压强度试验、不同缠绕张力NOL环以及复合材料气瓶的力学性能试验,采用声发射的检测方法研究缠绕张力对薄壁金属内衬复合材料气瓶的疲劳以及爆破性能的影响。结果表明,薄壁金属内衬的外压强度较小,缠绕张力对复合气瓶的疲劳以及爆破性能影响较大,采用声发射信号以及气瓶的性能试验研究可以指导制定最优化的缠绕张力制度。

几种纤维复合材料压力容器的性能对比研究

本文对玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维三种常用的增强材料及其增强的薄壁金属内衬复合材料压力容器进行了对比研究,研究了三种纤维复合材料的特性、不同纤维增强的金属内衬压力容器的设计方法、每种纤维的工艺特性,研制出各种纤维增强的金属内衬压力容器,并进行了试验对比分析。

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。

空间站用复合材料压力容器设计分析

主要从最小质量、长寿命2个方面对金属内衬复合材料压力容器的设计进行了分析,给出了重要的技术信息,并为我国研制空间站用压力容器提供了几条值得借鉴的经验。

国产芳纶纤维复合材料试验容器缠绕成型及其性能介绍

本文主要报导国产芳纶Ⅰ(简称F_(14)),芳纶Ⅱ(简称F_(1414))纤维复合材料缠绕成型工艺,包括φ150压力容器的芯模制作,容器缠绕成型,容器水压试验及其内器性能,并与K-49(965)型纤维复合材料缠绕的同类压力容器进行对比.

含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计与制备

随着新能源汽车、火箭发动机系统、卫星等新技术和新装备的不断发展,对其携带液体燃料和高压气体的压力容器提出高气密、轻质量、长寿命的苛刻要求。对此,本文提出一种含超薄金属内衬轻量化复合材料压力容器的设计与制备技术。研究了缠绕纤维与芯模表面间滑线系数的表征方法,提出了基于工艺可实现的精密缠绕理论;研制出0.8mm厚超薄铝合金内衬;建立了仿壁虎脚结构的界面层设计理论模型,制备出超薄金属内衬与复合材料层间的超强界面层;掌握了复合材料结构的损伤自修复方法,提高了复合材料压力容器的可重复使用次数,所研制的轻量化复合材料压力容器相比同容积、同压力的金属容器减重70%。

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。

一种无焊缝连接金属内衬复合材料压力容器的制备工艺及其液压实验

纤维缠绕复合材料压力容器(COPV)由于其轻质高强及先漏后爆等特性在航空航天、路面交通和石油化工等领域得到广泛应用。基于纤维缠绕工艺的特点,提出了一种新型无焊缝连接金属内衬COPV结构及其制备工艺。并通过缠绕工艺及在封头直边设置密封槽,解决了内衬的封头与筒体之间的连续性和密封性问题。基于该结构的特点,一种辅助成型工装被发明,成功实现了这种新型内衬结构的缠绕成型问题。之后,通过液压试验验证了该结构的可行性,该新型容器能够承受110 MPa的爆破设计压力。进一步对容器剖面进行宏观分析,获得了该结构的三种损伤模式。最后,基于Chang-Chang失效准则及层间内聚力失效模型,通过编写用户子程序VUMAT建立了该新型结构的有限元计算模型,确定了分层损伤为该结构的主要损伤模式及位于封头与筒身过渡区的纤维拉伸断裂为该结构的主要失效模式。

复合材料压力容器金属内胆自紧后的屈曲可靠性分析

建立了一种针对复合材料压力容器金属内胆自紧后的局部屈曲可靠性分析方法。基于凹陷对内胆界面压力和残余弯矩影响的解析模型,结合有限元数值仿真分析方法,进行了金属内胆局部屈曲分析;基于蒙特卡洛算法,建立了分别针对复合材料压力容器内胆和缠绕层设计变量的抽样方法;采用径向基函数(Radial basic function,RBF)代理模型替代了内胆屈曲计算的有限元分析模型,建立了自紧后压力容器金属内胆局部屈曲可靠性问题的快速分析方法。以30 L柱形纤维缠绕复合材料铝合金内胆压力容器为例,分析了内胆设计参数与缠绕层设计参数不确定性对内胆屈曲可靠性的影响。结果表明:在计算范围内内胆屈曲概率与自紧压力正相关;内胆厚度的随机性对压力容器内胆屈曲概率的影响随自紧压力增加呈近似直线增加;单独考虑内胆半径、缠绕层厚度及缠绕层模量,屈曲概率随自紧压力变化趋势为一条增速先缓再快再变为平缓的递增曲线。