О ВЫБОРЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЛЕЙНЕРА МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНОГО БАЛЛОНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

摘要

Рассмотрены конструктивные особенности облегченных металлокомпозитных баллонов. Сформулированы основные требования к сосудам давления, основные из которых запас прочности и стойкость к циклическому изменению давления. На основе анализа требований установлено, что основным фактором, препятствующим достижению массового совершенства, является металлическая герметизирующая оболочка - лейнер. Так как основную нагрузку воспринимает композит, для снижения массы необходимо свести к минимуму толщину стенки лейнера, которая ограничена технологическими возможностями. Кроме того, наличие металла требует увеличения толщины композиционного слоя для исключения усталостного растрескивания. При расчете конструкции баллона приняты основные граничные критерии: прочность и допустимый уровень деформаций, препятствующий попаданию металла в пластическое состояние. В результате анализа технологического цикла изготовления и испытаний металлокомпозитного сосуда давления установлено, что в конструкции возникают дополнительные технологические напряжения, которые влияют на конечный размах деформаций. На основе известных подходов к расчету комбинированных баллонов предложена методика расчета, учитывающая влияние технологических напряжений. Выполнен уточненный расчет баллона из условий прочности и отсутствия пластических деформаций в металле для различных сочетаний материалов при различной толщине стенки лейнера. Установлено, что в большинстве случаев ограничивающим фактором является требование по ограничению деформаций металла. Учет технологических напряжений оказывает существенное влияние на расчетную массу баллона, т.к. в некоторых случаях толщина лейнера оказывает положительное влияние на деформации комбинированной конструкции. Получены соотношения металла и композита, обеспечивающие минимальную массу баллона. Установлено, что зависимость между массой сосуда и толщиной лейнера имеет нелинейный характер, и в некоторых сочетаниях материалов стремление к минимизации толщины металла нецелесообразно.