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纖維纏繞氣瓶設(shè)計分析

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-09-17  來源:復(fù)材應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)  瀏覽次數(shù):45

       討論了具有金屬內(nèi)襯的纖維纏繞氣瓶在加壓和卸壓過程中的變形特性。依據(jù)網(wǎng)格理論,給出了纖維纏繞殼體的設(shè)計方法。對塑性性能良好的金屬材料內(nèi)襯,可用強(qiáng)度理論中的最大正應(yīng)變準(zhǔn)則進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計。推導(dǎo)出氣瓶卸壓時內(nèi)襯不失穩(wěn)所應(yīng)滿足的條件。為使卸壓時內(nèi)襯不失穩(wěn),內(nèi)襯與纖維纏繞殼體之間應(yīng)有足夠的粘接強(qiáng)度,而且內(nèi)襯的壁厚應(yīng)越薄越好。對壁厚較薄的內(nèi)襯,給出了氣瓶卸壓時內(nèi)襯不失穩(wěn)的最小粘接強(qiáng)度的確定方法。算例表明,文中給出的設(shè)計分析方法,可用于具有金屬內(nèi)襯纖維纏繞氣瓶的初步設(shè)計。

       隨著纖維復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用,航空和航天用金屬材料氣瓶逐漸被纖維纏繞氣瓶所取代,尤其是炭纖維纏繞氣瓶,近年來在航空和航天領(lǐng)域里得到廣泛應(yīng)用。纖維纏繞氣瓶多采用塑性良好的鋁合金或鈦合金薄壁殼體作為內(nèi)襯,該殼體既起密封作用,又是氣瓶纏繞成型時的芯模。因此,纖維纏繞氣瓶設(shè)計必須同時考慮纖維纏繞殼體和內(nèi)襯殼體結(jié)構(gòu),及其在內(nèi)壓作用下的相互作用。

        氣瓶的纖維纏繞結(jié)構(gòu)設(shè)計可采用網(wǎng)格理論方法。對于塑性良好的鋁合金或鈦合金,其強(qiáng)度極限較低,在計算纖維纏繞氣瓶的爆破壓強(qiáng)時可忽略內(nèi)襯的作用,直接由網(wǎng)格理論方法確定纖維纏繞殼體的壁厚。文獻(xiàn)[1]指出,具有金屬內(nèi)襯的纖維纏繞氣瓶在內(nèi)壓作用下,纖維纏繞殼體還在彈性范圍時,內(nèi)襯已產(chǎn)生較大的塑性變形。因此,應(yīng)采用塑性較好的材料作內(nèi)襯,且允許內(nèi)襯在塑性范圍內(nèi)工作。這樣一來,內(nèi)襯設(shè)計宜采用最大正應(yīng)變理論進(jìn)行強(qiáng)度校核。另外,氣瓶使用時要經(jīng)歷加壓和卸壓等加載過程。充氣加壓至最大壓強(qiáng)時,內(nèi)襯發(fā)生較大的塑性變形,而纖維纏繞殼體僅發(fā)生彈性變形,卸壓后該彈性變形得以回復(fù),而產(chǎn)生塑性變形(不能回復(fù))的內(nèi)襯直徑增大,結(jié)果將承受一定的外壓作用。如果內(nèi)襯與纖維纏繞殼體之間粘接不牢固,或有局部脫粘、弱粘等缺陷,往往會使內(nèi)襯在外壓作用下失穩(wěn)而出現(xiàn)塌陷的鼓包,當(dāng)氣瓶再次充壓時,鼓包又被壓回,卸壓后,鼓包又出現(xiàn),如此反復(fù)充壓、卸壓,會使內(nèi)襯在低周疲勞下破壞。由此可見,對具有金屬內(nèi)襯的纖維纏繞氣瓶,分析其在內(nèi)壓作用下的變形及內(nèi)襯失穩(wěn)條件,是纖維纏繞氣瓶設(shè)計的重要任務(wù)。

資料下載:   纖維纏繞氣瓶設(shè)計分析.pdf
      
 
關(guān)鍵詞: 氣瓶 纖維纏繞 玻璃鋼氣瓶
 
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