一种无焊缝连接金属内衬复合材料压力容器的制备工艺及其液压实验

顾付伟¹，顾周越¹，朱晓磊¹，陆晓峰¹，方岱宁²，李鲤³

1. 南京工业大学机械与动力工程学院2. 北京理工大学先进结构技术研究院3. 中国船舰研究设计中心

摘 要：纤维缠绕复合材料压力容器（COPV）由于其轻质高强及先漏后爆等特性在航空航天、路面交通和石油化工等领域得到广泛应用。基于纤维缠绕工艺的特点,提出了一种新型无焊缝连接金属内衬COPV结构及其制备工艺。并通过缠绕工艺及在封头直边设置密封槽,解决了内衬的封头与筒体之间的连续性和密封性问题。基于该结构的特点,一种辅助成型工装被发明,成功实现了这种新型内衬结构的缠绕成型问题。之后,通过液压试验验证了该结构的可行性,该新型容器能够承受110 MPa的爆破设计压力。进一步对容器剖面进行宏观分析,获得了该结构的三种损伤模式。最后,基于Chang-Chang失效准则及层间内聚力失效模型,通过编写用户子程序VUMAT建立了该新型结构的有限元计算模型,确定了分层损伤为该结构的主要损伤模式及位于封头与筒身过渡区的纤维拉伸断裂为该结构的主要失效模式。

关键词：复合材料压力容器（COPV）;金属内衬;液压试验;分层损伤;失效模式;VUMAT;