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1、固体火箭技术第31卷第6期JournalofSolidRocketTechnologyVol.31No.62008①纤维缠绕气瓶设计分析陈汝训(中国航天科技集团公司四院四十一所,西安710025)摘要: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
2、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。关键词:纤维缠绕气瓶;金属材料内衬;最大正应变准则;失稳;粘接强度+中图分类号:V435.22文献标识码:A文章编号:100622793(2008)0620625204Designanalysisonthefilament2woundgascylinderCHENRu2xun(The41stInstituteoftheFourthAcademyofCASC,Xi'an710025,China)Abstract:Thedeformationcharacter
3、isticsofthefilamemt2woundgascylinderwithametalinternallinerduringpressurizationandpressurereliefprocesseswerediscussed.Basedonnettingtheory,designmethodforthefilamemt2woundcasewaspresented.Forthemetalinternallinerwithexcellentplasticproperty,themaximumnormalstraincriterioninstren
4、gththeorycanbeusedforstrengthdesign.Theunbucklingconditionsforinternallinerduringpressurereliefprocesswerederived.Inordertomakeinternallinerunbuckling,thereshouldexistenoughbondingstrengthbetweeninternallinerandthefilamemt2woundcase.Moreoverinternallinershouldbeasthinaspossible.F
5、orthethinerinternalliner,determinationmethodoftheminimumbondingstrengthtoensurein2ternallinerunbucklingwasgiven.Thecalculationexamplesshowthattheabovemethodcanbeusedforthepreliminarydesignofthefilament2woundgascylinderwithametalinternalliner.Keywords:filamentwindinggascylinder;me
6、talinternalliner;maximumnormalstraincriterion;buckling;adhesivestrength1引言[1]指出,具有金属内衬的纤维缠绕气瓶在内压作用随着纤维复合材料的发展和应用,航空和航天用下,纤维缠绕壳体还在弹性范围时,内衬已产生较大的金属材料气瓶逐渐被纤维缠绕气瓶所取代,尤其是炭塑性变形。因此,应采用塑性较好的材料作内衬,且允纤维缠绕气瓶,近年来在航空和航天领域里得到广泛许内衬在塑性范围内工作。这样一来,内衬设计宜采应用。纤维缠绕气瓶多采用塑性良好的铝合金或钛合用最大正应变理论进行强度校核。另外,气瓶使
7、用时金薄壁壳体作为内衬,该壳体既起密封作用,又是气瓶要经历加压和卸压等加载过程。充气加压至最大压强缠绕成型时的芯模。因此,纤维缠绕气瓶设计必须同时,内衬发生较大的塑性变形,而纤维缠绕壳体仅发生时考虑纤维缠绕壳体和内衬壳体结构,及其在内压作弹性变形,卸压后该弹性变形得以回复,而产生塑性变用下的相互作用。形(不能回复)的内衬直径增大,结果将承受一定的外气瓶的纤维缠绕结构设计可采用网格理论方法。压作用。如果内衬与纤维缠绕壳体之间粘接不牢固,对于塑性良好的铝合金或钛合金,其强度极限较低,在或有局部脱粘、弱粘等缺陷,往往会使内衬在外压作用计算纤维缠绕气瓶的爆破压强
8、时可忽略内衬的作用,下失稳而出现塌陷的鼓包,当气瓶再次充压时,鼓包又直接由网格理
