铝内衬碳纤维缠绕复合气瓶自紧压力分析
郭峰李辅安孙敏周伟江
（西安航天复合材料研究所，西安710025）
文摘应用解析计算的方法对铝内村碳纤维全缝绕复合材料气瓶在内压情况下的弹塑性历程进行了分析，推导并得到了气瓶的自紧压力，通过水压应变测试及疲劳试验的方法进一步验证了计算结果的合理性。经对比分析，文中提到的计算方法可用于今后相似结构气瓶的自紧力计算。
关键调复合材料，气瓶，内衬，自紧力
中图分类号：VB332，V19
D0I:10.3969/j. issn. 10072330.2014.06. 003
Analysis of Autofrettage Pressure of Aluminium Liner Carbon
Filament-WoundCompositeGasCylinder
GUOFeng
LIfuan
ZHOUWeijiang
SUNMin
(Xi'an Aerospace Composites Research Institute, Xi'an 710025)
AbstractCalculation analytical method is applied to aluminium liner carbon fiber winding composite gas cylin-der during elastic-plastic process under inner pressure, autofrettage pressure is obtained from inference. The rationali-ty of the calculated results is verified through hydrostatic strain test and fatigue test method. By comparative analysis , the calculation method can be applied to similar structure gas cylinder autofrettage pressure calculation in the future.
Key words Composite, Gas cylinder, Liner, Autofrettage pressure
0引言
铝内衬碳纤维全缠绕复合气瓶是在铝内衬外表面通过纵环向纤维缠绕制成。使用过程中由于铝合金的断裂延伸率远高于碳纤维的断裂延伸率，故而认为纤维层将决定气瓶的疲劳寿命，但实际上，疲劳试验过程中会出现未爆先漏的现象，证明纤维未断而铝内衬已遣到破坏，这是因为每次卸压后，结构中将留有残余应力，不断累加的残余应力将会对气瓶的使用寿命产生较大影响。因此，需要给气瓶加上内压，其值应该大于铝内村屈服应力而小于纤维层的破坏应力，时机通常选在水压试验前，这样做将较大程度提高气瓶的疲劳寿命(1]
本文以某结构6061铝内衬碳纤维缠绕复合气瓶为例，开展了复合材料气瓶的自紧压力研究。文中采用解析计算方法对碳纤维复合气瓶进行了自紧压力分析，并推断出自紧压力的取值范围，最后通过水压
收稿日期：2014-05-28
试验和疲劳试验对解析分析结果进行了对比验证，说明本文中所采用的自紧力解析公式可以用于今后相
似结构气瓶的自紧力计算。 1气瓶计算模型的建立
本文研究的气瓶结构参数见表1。
表1气瓶结构参数
Tab.1
Parameters of gas cylinder structure
产品长度内村外径产品外径容积
/mm 500
/mm 284
2计算分析 2.1理论依据
/mm
300
25
内衬壁厚/mm 2.2
复合材料层厚度/mm 6.55
根据气瓶卸压后，结构中仍留有残余应力的力学特点，按照CFFC2007中对自紧力的相关规定[3]进行研究，即：复合气瓶自紧力卸载至零压力后，内衬上任一点的压应力应在材料届服极限的60%与95%之
作者简介：郭峰，1978年出生，硕士，主要从事复合材料气瓶设计及纤维复合材料制品成型工艺研究工作。E-mail13572808527@163.com
— 10 万方数据
宇航材料工艺
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2014年第6期