г. Красноярск
Krasnoyarsk
г. Красноярск
Krasnoyarsk
г. Красноярск
Krasnoyarsk
г. Красноярск
Krasnoyarsk
г. Красноярск
Krasnoyarsk
г. Железногорск
Geleznogorsk
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.
The results of unique experimental studies of the strength and service life of a metal-composite high-pressure tank are presented. The goal of the study is to analyze the fracture mechanisms and evaluate the strength characteristics of the structure. The methodology included tests of full-scale samples of the tank for durability under short-term static, long-term static and cyclic loading with internal pneumatic pressure. Generalized test results and data of visual measurements, instrumental and acoustic-emission control of deformation processes, accumulation of damages and destruction of full-scale tank samples are presented. Analysis of the strength and stiffness of the structure exposed to internal pneumatic pressure is presented. The types of limiting states of the tanks have been established experimentally. Change in the stress-strain state of the tank under cyclic and prolonged static loading is considered. Specific features of the mechanisms of destruction of a metal-composite tank are determined taking into account the role of strain of the metal liner. The calculated and experimental estimates of the energy potential of destruction and the size of the area affected upon destruction of the tank are presented. Analysis of test results showed that the tank has high strength and resource characteristics that meet the requirements of the design documentation. The results of the experiments are in good agreement with the results of numerical calculations and analysis of the stress-strain state and mechanisms of destruction of the metal-composite tank.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.