Перевод названия: Experimental and computational estimation for the strength of a metal composite pressure vessel
Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2016
Ключевые слова: COPV, simulation, Full-scale test, Fea, spatial model, Shell theories, structural models of composite materials, deformation and fracture mechanics, металлокомпозитный бак высокого давления, композитная оболочка, титановый лейнер, теории оболочек, пространственная конечно-элементная модель, эксперимент, механизмы деформирования и разрушения
Аннотация: В работе рассмотрены три возможные постановки задачи моделирования напряженно-деформированного состояния металлокомпозитного бака высокого давления: от наиболее простой, позволяющей получить аналитические решения, до комплексной пространственной конечно-элементной модели, учитывающей процессы накопления повреждений и деградацию мехПоказать полностьюанических свойств материала. Выполнены численные исследования особенностей деформирования МКБВД. Приведены результаты экспериментальных исследований прочности МКБВД в специальном взрывозащищенном боксе путем нагружения внутренним пневматическим давлением. Экспериментально выявлены механизмы деформирования и разрушения компонентов бака. Получено хорошее согласие результатов численного моделирования и экспериментов. Composite overwrapped pressure vessels (COPV) are widely used in space industry for fuel and gases storage. Small vessels are well studied and developed while big ones need further investigation of their usability and optimization. Two different approaches to modelling of COPV deformation processes are considered: on the base of shell theories and on the base of spatial theory of elasticity. First approach is used in combination with the structural models of composite material, second one uses improved failure theory. Full-scale tests of COPV used for the analysis of their fracture implementing visual, instrumental and acoustic emission control. A number of simulations and comparative analysis of their results have been done. Different types of composite shell shape, boundary conditions, reinforcement have been compared using the Timoshenko and Andreev-Nemirovskii shell theories and the Nemirovskii structural models of reinforced layer with one-dimensional and two-dimensional fibers. Several failure stages have been studied using spatial FE analysis with special procedures, which had been integrated into the standard FEA software. Ten species of COPVs have been tested for failure and their deformation and fracture characteristics have been determined on the base of the tests results. It is shown, that the suggested COPVs have enough strength and durability to be used in space systems but their safety factor is too big. There are still many optimization capabilities: COPV shape, structural parameters of composite shell, mechanical characteristics of materials and so on. For the purpose of COPV's improvement it is suitable to use numerical optimization methods using the models based on the shell theories and structural models of composite material.
Журнал: Вычислительные технологии
Выпуск журнала: Т. 21, № 5
Номера страниц: 3-21
ISSN журнала: 15607534
Место издания: Новосибирск
Издатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук