提高碳纤维复合材料容器纤维强度发挥率的方法
李翠云
孙敏廖英强
李辅安
（西安航天复合材料研究所，西安710025）
文摘·针对薄壁金属内村碳纤维复合材料容器，采用网格理论设计和纤维发挥强度经验取值方法易导致容器实际爆破压力远远高于设计压力，纤维强度实际发挥率高于设计值的结果。本文主要分析其原因并提出解决途径和设计中的一些方法：一是可按纤维的实际复丝拉仲强度来进行复合材料工艺设计；二是可考虑计算内衬和树脂基体对容器结构强度的贡献量；三是可对纤维强度性能离散性高的材料进行分类管理；四是可通过开展等强度包络图设计方法和封头部位的补强技术研究来改进。应用本文中的方法可以充分发挥复合材料容器纤维强度，降低成本，提高结构效率。
关键词薄壁内衬，复合材料容器，纤维发挥强度，结构效率
Improving Translation Percentage ofFiber Strengthfor
CarbonFiberCompositeVessel
Li Cuiyun
LiFuan
Liao Yingqiang
SunMin
(Xi'an Aerospace Composites Research Institute,Xi'an710025)
AbstractFor carbon fiber composite vessel with thin-wall metal liner, the basis of netting theory and the expe rience value method of developed fiber strength easily induce that practice burst pressure is far higher than design pressure, and developed percentage of fiber strength is higher than design value. The reason is mainly analyzed in the paper,solving approaches and some methods in design are presented. Firstly, composite technique is designed mainly based on practical fiber strength ; Secondly,load-bearing of liner and resin should be calculated ;Thirdly,fibers of vari-ous tensile strength are classified;Fourthly,isostrength enveloped design method and reinforced dome technology can be adopted to improve the situation, The above measures are used in order to develop fiber strength of composite vessel sufficiently, to reduce cost and to increase structural efficiency.
KeywordsThin-wall liner,Composite vessel,Developed fiber strength,Structural eficiency
。引言
对于薄壁金属内衬复合材料容器，其结构由金属内衬及在其表面缠绕形成的复合材料层构成，复合材料层采用纤维缠绕技术制造。一般而言，在相同容积、内压情况下，复合材料高压容器的结构质量大约是钢瓶的50%~60%，而且高强轻质复合材料压力容器在航空航天等国际尖端科技领域与民用工程的研发和应用日益成熟。针对目前各领域对于复合材料结构提出的高性能低成本和减重方面的高要求，提高复合材料容器的结构效率具有重要的工程意义。
从容器特性系数概念可知，在容积一定时，提高爆破压力和降低材料质量都可获得较高的容器结构
收稿日期：2013-07-22
效率。若想提高复合材料容器的性能效率，提高设计爆破压力是一种方法，但增加了复合材料的质量。如设计时纤维强度发挥系数较低，导致最终容器纤维强度实际发挥率高于设计值，容器结构余量较大，复合材料质量较大，对容器性能效率不利。本文从复合材料结构设计的角度进行分析，使碳纤维复合材料压力容器的实际爆破压力与设计压力基本吻合，实际纤维发挥强度与设计的纤维发挥强度接近，使复合材料容器结构中纤维性能能够得到充分发挥。
传统设计现状
对薄壁内衬复合材料压力容器，由于内衬壁厚相对于复合材料层较薄，承力非常有限，通常进行容器
作者简介：李琴云，1980年出生，高级工程师，主要研究方向是结构复合材料成型工艺及仿真。E-mail；lieuiyun2011@126.com
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宇航材料工艺http：//www.yhclgy.com2013年第5期