目錄
序
前言
第1章緒論1
1.1先進復合材料壓力容器結構組成及特點1
1.2先進復合材料壓力容器的技術進展2
1.3先進復合材料壓力容器的應用6
1.3.1在航空航天領域的應用6
1.3.2在民用領域的應用8
參考文獻9
第2章先進復合材料壓力容器用材料體繫10
2.1概述10
2.2增強材料10
2.2.1碳纖維11
2.2.2芳綸纖維11
2.2.3PBO纖維12
2.2.4超高分子量聚乙烯纖維12
2.3樹脂基體13
2.3.1環氧樹脂13
2.3.2氰酸酯樹脂14
2.3.3樹脂基體的選擇原則15
2.4內襯材料15
2.4.1金屬內襯15
2.4.2非金屬內襯16
參考文獻17
第3章先進復合材料壓力容器設計用材料性能參數的確定18
3.1概述18
3.2基於NOL環試件的復合材料基本性能參數確定18
3.2.1環形試件19
3.2.2環形試件制造方法20
3.2.3對環形試件的試驗22
3.3基於單向薄板試件的復合材料基本性能參數確定24
3.3.1拉伸試驗24
3.3.2壓縮試驗26
3.3.3面內剪切試驗26
參考文獻32
第4章先進復合材料壓力容器結構優化設計33
4.1概述33
4.2一般設計方法33
4.2.1筒身段設計原則34
4.2.2封頭段設計原則34
4.2.3失效準則35
4.2.4復合材料殼體力學設計方法35
4.2.5網格理論設計方法38
4.3先進復合材料壓力容器封頭厚度預測44
4.3.1基於幾何關繫的封頭厚度計算45
4.3.2三次樣條函數封頭厚度預測方法47
4.3.3不同極孔條件下復合材料壓力容器封頭厚度預測53
4.3.4不同紗片寬條件下復合材料壓力容器封頭厚度預測55
4.4先進復合材料壓力容器剛度優化設計55
4.4.1以控制變形為目的復合材料殼體設計方法55
4.4.2復合材料殼體強度校核60
4.5先進復合材料壓力容分析62
4.5.1分析模型63
4.5.2充放氣過程模擬64
參考文獻71
第5章滑線繫數的表征及其在纏繞線型設計中的應用73
5.1概述73
5.2一般曲面纖維穩定纏繞原理74
5.2.1纖維受力分析74
5.2.2不架空條件76
5.2.3不滑線條件76
5.3滑線繫數的測量方法研究77
5.3.1滑線繫數與芯模曲面幾何關繫77
5.3.2新型滑線繫數測量芯模形狀設計78
5.4滑線繫數試驗表征81
5.4.1試驗裝置81
5.4.2誤差分析81
5.5滑線繫數試驗結果討論83
5.5.1纏繞速度對滑線繫數測量的影響83
5.5.2纏繞張力對滑線繫數測量的影響84
5.5.3纖維類型對滑線繫數測量的影響85
5.5.4紗片寬度對滑線繫數測量的影響87
5.5.5膠液黏度對滑線繫數測量的影響88
5.5.6含膠量對滑線繫數測量的影響90
5.6滑線繫數對穩定纏繞範圍的影響91
5.6.1分段圓錐法91
5.6.2龍格庫塔方法92
5.7以滑線繫數為變量的纏繞軌跡規劃93
5.7.1一般曲面上的纖維路徑93
5.7.2軸對稱回轉曲面上的纖維路徑95
參考文獻100
第6章超薄金屬內襯設計與制備102
6.1概述102
6.2封頭分階段熱處理旋壓技術102
6.3超薄鋁合金內襯自動焊接技術106
6.4超薄金屬內襯自動焊接專用設備的研制110
第7章超薄金屬內襯與復合材料結構層間界面設計與變形控制113
7.1概述113
7.2超薄金屬內襯與復合材料結構層間界面失效機理113
7.2.1主要失效模式113
7.2.2固化成型階段變形協調分析115
7.2.3充放氣階段變形協調分析117
7.2.4內襯屈曲及分層控制118
7.3輕量化復合材料壓力容器成型過程中界面失效分析120
7.3.1固化成型計算121
7.3.2區間法研究樹脂體繫固化動力學127
7.3.3復合材料層板固化分析130
7.3.4殘餘應力計算134
7.3.5復合材料層板固化全過程應力/應變分析136
7.3.6輕量化復合材料壓力容器成型全過程模擬及分層控制141
7.4充放氣過程分析及內襯局部屈曲模擬145
7.4.1充放氣過程分析145
7.4.2內襯局部屈曲模擬及分層控制146
7.5界面層設計與變形控制151
7.5.1鋁合金表面處理152
7.5.2碳納米管接枝PAMAM界面層的制備153
參考文獻157
第8章先進復合材料壓力容器纏繞成型工藝研究158
8.1概述158
8.2纏繞成型中浸潤性研究及樹脂含量的精確控制158
8.2.1單纖維與樹脂浸潤性的微觀表征評價158
8.2.2樹脂在浸膠槽內對纖維的浸潤模型159
8.2.3復合材料壓力容器纏繞用可控浸膠槽設計164
8.2.4浸膠槽內樹脂對纖維浸潤的影響規律167
8.2.5樹脂含量標準試驗瓶設計170
8.3復合材料壓力容器纏繞線型設計172
8.3.1纖維纏繞的均勻布滿條件172
8.3.2一般曲面的纏繞軌跡173
8.3.3非測地線軌跡計算178
8.4纏繞張力設計與分析182
8.4.1張力制度對輕量化復合材料壓力容器性能的影響183
8.4.2張力制度的確定184
第9章基於工藝可實現的纏繞仿真技術187
9.1概述187
9.2繫統結構總體方案設計188
9.3纏繞仿真軟件的編制190
9.4算例分析與結果討論192
參考文獻194
第10章先進復合材料壓力容器性能表征與評價196
10.1概述196
10.2外觀檢驗方法196
10.2.1表面質量檢驗196
10.2.2外形尺寸檢驗196
10.2.3容積檢驗197
10.3輕量化復合材料壓力容器性能壓力試驗197
10.3.1內壓試驗197
10.3.2疲勞試驗200
10.3.3爆破試驗201
10.4氦檢漏檢測202
10.5輕量化復合材料壓力容器變形測量技術202
10.5.1應變測量202
10.5.2位移測量207
10.5.3力的測量210
10.6復合材料壓力容器無損檢測技術211
參考文獻217
第11章先進復合材料壓力容器發展與展望219
11.1概述219
11.2復合材料低溫壓力容器219
11.3具有自修復功能的復合材料壓力容器224
11.4新能源汽車用復合材料高壓儲氫氣瓶225
參考文獻227
附錄1《航天用碳纖維復合材料氣瓶規範》國家軍用標準228
附錄2《航天用碳纖維復合材料貯箱規範》國家軍用標準239