复合材料压力容器设计

由于复合材料不同于钢材，不能通过焊接等工艺制造压力容器，也不能在筒

体上方便地开孔、接管等，复合材料压力容器必须考虑复合材料的特有性能，其结构的连接、密封等都有不同于钢材的方法。

图1介绍一个典型的轴对称圆柱形筒体复合材料压力容器的结构和制造过程。典型的压力容器通常由接头2，上部3，中部4和下部5构成。6和7分别表示的是短纤维复合填料和长纤维复合加强件。

图1 复合材料压力容器示意图

1.容器；2. 接头；3. 上部；4. 中部；5.下部；

6.短纤维；7. 长纤维加强件

图2表示的接头是由短纤维复合材料层包围的金属适配器，用以连接管子、阀门等，以便装载和排出物料，由于复合材料不适合经常的螺纹装配，需要使用金属。在这种情况下，连接部分必须保证安全，由短纤维和树脂组成的填料能够较好地填进槽中，将长纤维加强件和金属适配器紧密地连接起来。

主视图 左视图

图2 接头

1.金属适配器；2. 金属螺纹；3.纵向槽；4. 周向槽

在本例中，容器下部是向内的，这适合于低压的情况，而向外则适合于高压的情况。上部和中部、中部和下部之间通过金属环连接，结构见图3。

图3 连接环示意图 1.上部；2.中部；3，4.金属环

该结构的压力容器在制造时，用工具钢或碳钢做模。模通常分为上、下两个部分，严格定义内部空心部分的形状。将待成型的容器做成上面所述的形状，在其内部放置一个用尼龙做成的袋子，袋子端部有一个用以接受压缩空气的接头。然后将成型的容器放进模中，通入压缩空气，使得容器的材料膨胀，紧贴模的内壁，最终制成所需的容器。

六、 制造工艺方案及实现流程

复合材料压力容器一般采用纤维缠绕工艺方法制造，由连续纤维提供产品所需的强度和刚度。制造时一般采用延展性好的金属材料如铝、热塑性塑料或橡胶傲内衬以满足容器的气密性能和疲劳性能要求。

设计上一般采用网络理论进行网络分析。网络理论认为由纤维连续缠绕而成的器纤维分布均匀，同时受力，不计基体刚度，载荷全部由纤维承担。筒身可以进行螺旋缠绕、螺旋缠绕加环向缠绕、螺旋缠绕加纵向铺放、纵向铺放加环向缠绕。封头的形状不能预先给定。必须通过计算决定，且网络徽元必须以均衡型条

件为前提，只能进行螺旋或平面缠绕，不能进行环向缠绕。通过网络分析获得缠绕纤维的缠绕方向、纤维厚度和纤维应力。

具体方案如下

七、 产品质量成本分析与性能验收指标