Экспериментальные исследования прочности и ресурса металлокомпозитных баков высокого давления

Представлены результаты уникальных экспериментальных исследований прочности и ресурса металлокомпозитного бака высокого давления. Определены механизмы разрушения и оценены характеристики прочности конструкции. Методика исследований включала испытания натурных образцов бака на прочность при кратковременном статическом, длительном статическом и циклическом нагружениях внутренним пневматическим давлением. Приведены обобщающие результаты испытаний и данные визуально-измерительного, инструментального и акустико-эмиссионного контроля процессов деформирования, накопления повреждений и разрушения натурных образцов бака. Представлен анализ прочности и жесткости конструкции при воздействии внутреннего пневматического давления. Экспериментально установлены виды предельных состояний бака и коэффициенты запаса прочности по разрушающему давлению. Исследованы особенности напряженно-деформированного состояния натурных образцов бака при циклическом и длительном статическом нагружениях. Выявлены локальные перераспределения напряжений и деформаций в слоях композитной оболочки, обусловленные наложением полей технологических напряжений, напряжений от внутреннего давления и действием слабо выраженных процессов низкотемпературной ползучести композитного материала. Установлены особенности механизмов разрушения бака с учетом процессов деформирования металлического лейнера. Представлены расчетно-экспериментальные оценки энергетического потенциала разрушения и размеров зоны поражения при разрушении бака. Обобщенный анализ результатов испытаний показал, что бак имеет высокие прочностные и ресурсные характеристики, удовлетворяющие требованиям проектной документации. Разработанная конструкция может рассматриваться как основа для создания серии баков различной емкости для использования в космических аппаратах тяжелого, среднего и легкого классов. Результаты экспериментов хорошо согласуются с данными численных расчетов напряженно-деформированного состояния и анализа механизмов разрушения, что указывает на адекватность использованных расчетных моделей.

1. Vasiliev V. V. Composite Pressure Vessels: Analysis, Design, and Manufacturing. — Blacksburg, VA: Bull Ridge Publishing, 2009. — 690 p.

2. Азаров А. В., Бабичев А. А., Синьковский Ф. К. Проектирование и изготовление композитного бака высокого давления для космического аппарата / Композиты и наноструктуры. 2013. № 4. С. 44 – 57.

3. Лепихин А. М., Буров А. Е., Москвичев В. В. Возможности расчетной оценки надежности металлокомпозитных баков высокого давления / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2015. № 4. С. 49 – 55.

4. Амелина Е. В., Буров А. Е., Голушко С. К., Лепихин А. М., Москвичев В. В., Юрченко А. В. Расчетно-экспериментальная оценка прочности металлокомпозитного бака высокого давления / Вычислительные технологии. 2016. Т. 21. № 5. С. 3 – 21.

5. Лепихин А. М., Москвичев В. В., Черняев А. П., Похабов Ю. П., Халиманович В. И. Экспериментальная оценка прочности и герметичности металлокомпозитных сосудов высокого давления / Деформация и разрушение материалов. 2015. № 6. С. 30 – 36.

6. ГОСТ Р 52727–2007. Техническая диагностика. Акустико-эмиссионная диагностика. Общие требования. — М.: Стандартинформ, 2007.

7. Сборник методических документов, применяемых для независимой оценки рисков в области пожарной безопасности, гражданской обороны и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. Ч. 2. — М.: Полимаг, 2008. — 704 с.