Оценка допустимого давления опрессовки металлического лейнера при намотке композитной оболочки
Авторы: Егоров В.Н., Егоров А.В.
Опубликовано в выпуске: #2(86)/2019
DOI: 10.18698/2308-6033-2019-2-1854
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Исследована локальная потеря устойчивости лейнера в результате расслоения, которая может возникать на различных этапах производства, в том числе при намотке на лейнер композитной ленты с натяжением. Для решения задачи оценки допустимого давления опрессовки лейнера предложена методика двух расчетов, ориентированная на использование температурной аналогии. В методике реализовано замыкание решений на контактное давление и устойчивость лейнера через общий параметр — кольцевое напряжение в лейнере в зоне напряженного состояния, близкого к однородному. Контактное давление многослойной композитной оболочки на лейнер определено по величине задаваемого натяжения наматываемой композитной ленты. Расчет устойчивости лейнера выполнен в программном комплексе LS-DYNA в динамической постановке при задании охлаждения наружной оболочки. Проведен расчет на расслоение средней части цилиндрического металлокомпозитного баллона высокого давления; показаны варианты с отслоением лейнера от композитной оболочки и без отслоения
Литература
[1] Васильев В.В., Мороз Н.Г. Композитные баллоны давления. Проектирование, расчет, изготовление и испытания: справ. пособие. Москва, Машиностроение; Инновационное машиностроение, 2015, 373 с.
[2] Vasiliev V.V. Composite pressure vessels — Analysis, design and manufacturing. Blacksburg, Bull Ridge Publ., 2009, 704 p.
[3] Трутнев Н.С., Шишкин А.А., Филимонова Т.В. Обоснование выбора конструкции и материала облегченного металлокомпозитного баллона высокого давления для авиационной промышленности. Наукоемкие технологии, 2016, № 6, с. 57–64.
[4] Молочев В.П. Расчет металлокомпозитного цилиндрического баллона давления. Вопросы оборонной техники. Сер. 15. Композиционные неметаллические материалы в машиностроении, 2010, вып. 4 (159), с. 9–14.
[5] Асюшкин А.В., Викуленков В.П., Лебедев К.Н., Лукьянец С.В., Мороз Н.Г. Создание высокоэффективного металлокомпозитного баллона высокого давления. Вестник НПО им. С.А. Лавочкина, 2015, № 1 (27), с. 19–27.
[6] Смердов А.А., Селезнев В.А., Соколов С.В., Смердов А.А., Логачева А.И., Тимофеев А.Н., Логачев А.В. Разработка высокоэффективных композитных баллонов давления с гранульным титановым лейнером для изделий ракетно-космической техники. Конструкции из композиционных материалов, 2015, № 2 (138), с. 15–22.
[7] Моишеев А.А., Асюшкин В.А., Цвелев В.М., Викуленков В.П., Смердов А.А., Цветков С.В., Кулиш Г.Г. Разработка композитного баллона высокого давления для разгонного блока «Фрегат». Актуальные вопросы проектирования космических систем и комплексов: сб. науч. тр. Полищук Г.М., Пичхадзе К.М., ред. Москва, Изд-во «Блок-Информ-Экспресс», 2015, с. 46–52.
[8] Сарбаев Б.С. Расчет силовой оболочки композитного баллона давления. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001, 96 с.
[9] Воробей В.В., Евстратов С.В. Новые направления в современной технологии намотки конструкций из композиционных материалов. Вестник Московского авиационного института, 2009, т. 16, № 1, с. 61– 72.
[10] Евстратов С.В. Разработка технологических процессов изготовления сверхлегких комбинированных металлокомпозитных баллонов давления: дис. ... канд. техн. наук. Москва, МАИ, 2015, 151 с.
[11] Marzbanrad J., Paykani A., Afkar A., Ghajar M. Finite element analysis of composite high-pressure hydrogen storage vessels. J. Mater. Environ. Sci., 2013, 4 (1), pp. 63–74.
[12] Zheng J.Y., Liu X.X., Xu P., Liu P.F., Zhao Y.Z., Yang J. Development of high pressure gaseous hydrogen storage technologies. International Journal of Hydrogen Energy, 2012, no. 37, 1048.
[13] Liu P.F., Chu J.K., Hou S.J., Xu P., Zheng J.Y. Numerical simulation and optimal design for composite high-pressure hydrogen storage vessel: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, no. 16, 1817.
[14] Nunes P.J., Velosa J.C., Antunes P.J., Silva J.F., Marques A.T. Studying the production of filament wound composite pressure vessels. 16th International Conference on Composite Materials (ICCM-16), Kyoto, Japan. 2007.
[15] Егоров А.В. Устойчивость цилиндрических оболочек в жесткой среде. Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, вып. 9. DOI 10.18698/2308-6033-2017-9-1670
[16] Егоров А.В. Конечно-элементный анализ продольно сжатого стержня. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2018, № 4, c. 114–118.