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第1章 绪论1

1.1 先进复合材料压力容器结构组成及特点1

1.2 先进复合材料压力容器的技术进展2

1.3 先进复合材料压力容器的应用6

1.3.1 在航空航天领域的应用6

1.3.2 在民用领域的应用8

参考文献9

第2章 先进复合材料压力容器用材料体系10

2.1 概述10

2.2 增强材料10

2.2.1 碳纤维11

2.2.2 芳纶纤维11

2.2.3 PBO纤维12

2.2.4 超高分子量聚乙烯纤维12

2.3 树脂基体13

2.3.1 环氧树脂13

2.3.2 氰酸酯树脂14

2.3.3 树脂基体的选择原则15

2.4 内衬材料15

2.4.1 金属内衬15

2.4.2 非金属内衬16

参考文献17

第3章 先进复合材料压力容器设计用材料性能参数的确定18

3.1 概述18

3.2 基于NOL环试件的复合材料基本性能参数确定18

3.2.1 环形试件19

3.2.2 环形试件制造方法20

3.2.3 对环形试件的试验22

3.3 基于单向薄板试件的复合材料基本性能参数确定24

3.3.1 拉伸试验24

3.3.2 压缩试验26

3.3.3 面内剪切试验26

参考文献32

第4章 先进复合材料压力容器结构优化设计33

4.1 概述33

4.2 一般设计方法33

4.2.1 筒身段设计原则34

4.2.2 封头段设计原则34

4.2.3 失效准则35

4.2.4 复合材料壳体力学设计方法35

4.2.5 网格理论设计方法38

4.3 先进复合材料压力容器封头厚度预测44

4.3.1 基于几何关系的封头厚度计算45

4.3.2 三次样条函数封头厚度预测方法47

4.3.3 不同极孔条件下复合材料压力容器封头厚度预测53

4.3.4 不同纱片宽条件下复合材料压力容器封头厚度预测55

4.4 先进复合材料压力容器刚度优化设计55

4.4.1 以控制变形为目的复合材料壳体设计方法55

4.4.2 复合材料壳体强度校核60

4.5 先进复合材料压力容器有限元分析62

4.5.1 分析模型63

4.5.2 充放气过程模拟64

参考文献71

第5章 滑线系数的表征及其在缠绕线型设计中的应用73

5.1 概述73

5.2 一般曲面纤维稳定缠绕原理74

5.2.1 纤维受力分析74

5.2.2 不架空条件76

5.2.3 不滑线条件76

5.3 滑线系数的测量方法研究77

5.3.1 滑线系数与芯模曲面几何关系77

5.3.2 新型滑线系数测量芯模形状设计78

5.4 滑线系数试验表征81

5.4.1 试验装置81

5.4.2 误差分析81

5.5 滑线系数试验结果讨论83

5.5.1 缠绕速度对滑线系数测量的影响83

5.5.2 缠绕张力对滑线系数测量的影响84

5.5.3 纤维类型对滑线系数测量的影响85

5.5.4 纱片宽度对滑线系数测量的影响87

5.5.5 胶液黏度对滑线系数测量的影响88

5.5.6 含胶量对滑线系数测量的影响90

5.6 滑线系数对稳定缠绕范围的影响91

5.6.1 分段圆锥法91

5.6.2 龙格库塔方法92

5.7 以滑线系数为变量的缠绕轨迹规划93

5.7.1 一般曲面上的纤维路径93

5.7.2 轴对称回转曲面上的纤维路径95

参考文献100

第6章 超薄金属内衬设计与制备102

6.1 概述102

6.2 封头分阶段热处理旋压技术102

6.3 超薄铝合金内衬自动焊接技术106

6.4 超薄金属内衬自动焊接专用设备的研制110

第7章 超薄金属内衬与复合材料结构层间界面设计与变形控制113

7.1 概述113

7.2 超薄金属内衬与复合材料结构层间界面失效机理113

7.2.1 主要失效模式113

7.2.2 固化成型阶段变形协调分析115

7.2.3 充放气阶段变形协调分析117

7.2.4 内衬屈曲及分层控制118

7.3 轻量化复合材料压力容器成型过程中界面失效分析120

7.3.1 固化成型计算121

7.3.2 区间法研究树脂体系固化动力学127

7.3.3 复合材料层板固化分析130

7.3.4 残余应力计算134

7.3.5 复合材料层板固化全过程应力/应变分析136

7.3.6 轻量化复合材料压力容器成型全过程模拟及分层控制141

7.4 充放气过程分析及内衬局部屈曲模拟145

7.4.1 充放气过程分析145

7.4.2 内衬局部屈曲模拟及分层控制146

7.5 界面层设计与变形控制151

7.5.1 铝合金表面处理152

7.5.2 碳纳米管接枝 PAMAM界面层的制备153

参考文献157

第8章 先进复合材料压力容器缠绕成型工艺研究158

8.1 概述158

8.2 缠绕成型中浸润性研究及树脂含量的精确控制158

8.2.1 单纤维与树脂浸润性的微观表征评价158

8.2.2 树脂在浸胶槽内对纤维的浸润模型159

8.2.3 复合材料压力容器缠绕用可控浸胶槽设计164

8.2.4 浸胶槽内树脂对纤维浸润的影响规律167

8.2.5 最佳树脂含量标准试验瓶设计170

8.3 复合材料压力容器缠绕线型设计172

8.3.1 纤维缠绕的均匀布满条件172

8.3.2 一般曲面的缠绕轨迹173

8.3.3 非测地线轨迹计算178

8.4 缠绕张力设计与分析182

8.4.1 张力制度对轻量化复合材料压力容器性能的影响183

8.4.2 张力制度的确定184

第9章 基于工艺可实现的缠绕仿真技术187

9.1 概述187

9.2 系统结构总体方案设计188

9.3 缠绕仿真软件的编制190

9.4 算例分析与结果讨论192

参考文献194

第10章 先进复合材料压力容器性能表征与评价196

10.1 概述196

10.2 外观检验方法196

10.2.1 表面质量检验196

10.2.2 外形尺寸检验196

10.2.3 容积检验197

10.3 轻量化复合材料压力容器性能压力试验197

10.3.1 内压试验197

10.3.2 疲劳试验200

10.3.3 爆破试验201

10.4 氦检漏检测202

10.5 轻量化复合材料压力容器变形测量技术202

10.5.1 应变测量202

10.5.2 位移测量207

10.5.3 力的测量210

10.6 复合材料压力容器无损检测技术211

参考文献217

第11章 先进复合材料压力容器发展与展望219

11.1 概述219

11.2 复合材料低温压力容器219

11.3 具有自修复功能的复合材料压力容器224

11.4 新能源汽车用复合材料高压储氢气瓶225

参考文献227

附录1《航天用碳纤维复合材料气瓶规范》国家军用标准228

附录2《航天用碳纤维复合材料贮箱规范》国家军用标准239