|
|
|
|
|
|
|
Определение прочностных механических характеристик металлокомпозитного ксенонового бака высокого давления
14 марта 2016
Анискович Е. В.1, Черняев И.А.2, Кичалюк Э.В.2, Поснов И.В.2, Кармаданов А.П.2, Аличкина Л.Г. 2, Козырев О.А. 2, Бурдинский С.А. 2, Александров В.А. 2 ; Ханина Е.С.
1 Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука» Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук РФ, 660049, просп. Мира, 53 2 ОOО НПО «СибЭРА», г. Красноярск, Телевизорная 4 «Б» стр. 2.
Для расчетной оценки прочности, живучести и ресурса ксеноновых баков высокого давления (КБВД) необходимы данные по характеристикам механических свойств материалов, используемых при их изготовлении. Для обоснования методов экспериментальных исследований в первую очередь были подробно проанализированы конструктивные и технологические особенности баков. Данная задача осложняется тем, что баки конструктивно имеют элипсоидную форму и весьма непросто определить направление проката титанового сплава. Поэтому является важным для дальнейших исследований определение механических свойств титановой оболочки бака в разных ее зонах с целью определения значения разброса механических прочностных характеристик.
Конструкция металлокомпозитного ксенонового бака высокого давления представляет собой армированную оболочку вращения, получаемую в процессе непрерывной намотки композитной ленты на тонкостенный металлический сосуд (лейнер) (рис. 1). Металлический лейнер обеспечивает герметичность бака, а композитная оболочка обеспечивает его прочность. Баки работают под воздействием внутреннего избыточного давлением газовой среды.
Лейнер представляет собой тонкостенную сварную емкость из титанового сплава, состоящую из двух днищ переменной толщины, фланцев и кольца подкладного. Заготовка днищ изготавливается методом раскатки из листа ВТ1-0 1,5 по ГОСТ 22178-76. Фланцы изготавливаются сборно-сварными, биметаллическими, из титана ВТ1-0 и стали 12Х18Н10Т. Днища между собой (по подкладному кольцу) и с фланцами соединяются электронно-лучевой сваркой по ОСТ 92-1151-81.
Рисунок 1. Конструктивная схема и основные размеры бака высокого давления
Таким образом, КБВД представляет собой техническую систему, состоящую из двух основных частей: титановой сварной оболочки, силовой композитной оболочки и вспомогательных элементов конструкции (фланец и т.д.).
Экспериментальные исследования заключались в испытании образцов из титанового сплава на растяжение, по ГОСТ 1497-84 [1]. Испытания на растяжение проводились с помощью универсальной испытательной машины Н50КТ серии Т, с предельным усилием до 50 кН (рис. 2). В процессе нагружения проводилась автоматическая запись диаграммы деформирования (нагрузка-перемещение) с визуализацией на экран ПК и в файл MS Excel. Затем производилась обработка результатов испытаний и расчет основных значений характеристик механических свойств [1].
Рисунок 2. Универсальная испытательная машина H50KT
Использовались плоские пропорциональные образцы с головкой типа I, вырезанные из титановой оболочки вдоль образующей (вертикальные). Общий вид образов и местоположение их вырезки представлены на рисунке 3. Четыре образца были вырезаны из зоны ближе к фланцу, шесть образцов – ниже, ближе к экватору.  
а)
Рисунок 3. Пропорциональный образец с головкой типа I по ГОСТ 1497-84 для испытаний на статическое растяжение (а) и местоположение вырезки образцов на баке (б): №1-4 – верхние образцы; №5-10 – нижние образцы
(1)
Кривые деформирования представлены в таблице 1, а результаты испытаний образцов из титанового сплава представлены в таблице 2.
Таблица 1 Кривые деформирования
Значения характеристик механических свойств титанового сплава лейнера бака
По результатам испытаний на растяжение определено, что прочностные свойства титанового сплава в целом соответствуют данным для титанового сплава ВТ1-0 по ГОСТ 22178-76 [3]. Значения механических свойств вертикальных образцов, вырезанных из титановой оболочки вдоль проката, полностью соответствуют значениям, указанным в ГОСТ. Разрушающая деформация титанового сплава по расчету равна 0,48 – для верхних образцов и 0,41 – для нижних образцов.
Литература:
1. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение; введ. 01.01.86. – Москва: ИПК Изд-во стандартов, 1984. – 28 с. 2. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. – М.: Машиностроение, 1981. – 272 с. 3. ГОСТ 22178-76. Листы из титана и титановых сплавов; введ. 01.07.78. – М.: Изд-во стандартов, 1976. – 18 с.
Короткая ссылка на новость: https://a-economics.ru/~U25tG
|
|
