[Pavel Samofalov]

Какой материал используют при изготовлении ёмкости работающей под высоким давлением (при нормальной температуре), если наиважнейшим из критериев является вес конструкции?

[zenon]

Титан

[Pavel Samofalov]

А подробней можно, сплавы титана бывают разные и не все доступные.
Неужели титан, это самое лучшее решение в данном случае? Я вообще если честно предполагал, что мне будет указано на какой-нибудь композиционный материал.

[zebs]

Карбон, его еще называют углепластиком.

Свойства карбона с положительной стороны:
- углеродные волокна карбона на растяжение также хороши, как сталь, но вот на сжатие ведут себя не лучшим образом, решением данной проблемы стало их сплетение в углепластиковое волокно.
- при этом карбон легче, чем сталь на 40%, легче алюминия на 20% и, конечно же, легче чем пластик.
- карбон, собранный из углерода и кевлара, хоть и немного тяжелее, чем резина с углеродом, имеет намного большую прочность, а при ударах трескается, крошится, но не разбивается на части.
- карбон выдерживает температуру 1600 градусов.
- карбон – хороший энергопоглотитель (его можно увидеть вместо крыши двигателя).
- неокрашенный карбон потрясающе стильно и красиво выглядит.

И с отрицательной:
- первый по значимости для многих тюнеров минус – стоимость карбона довольно высока, хотя он постепенно дешевеет.
- высокая сложность ремонта карбона или невозможность восстановления в случае повреждения.
- карбон обладает электропроводностью, а если сравнивать с обычным корпусом, то какая разница?
- со временем карбон становится темно-желтоватого оттенка на солнце, поэтому углепластик следует беречь от ярких лучей нашей звезды, обычно для этого карбон покрывают специальным лаком, а иногда и вовсе красят.
- карбон, составленный из углепластика и резины, может выдержать мощнейшие ударные нагрузки, но если во время столкновения он не выдержит, то расколется на множество острых кусков. Еще больным местом такого карбона можно назвать боязнь точечных ударов.
- в отличие от металла, карбон легче и, потому, может легко оторваться на прогулке с ветерком, потому карбоновым деталям требуется основательное крепление.
- длительное время изготовления карбоновых деталей на заказ.
- в местах контакта карбона с металлом в соленой среде металл быстро коррозирует (например, зимой, когда дороги посыпаются разной химией с солью), проблема устраняется стеклопластиковыми вставками между карбном и металлом, которые встраиваются в углепластик.

[Pavel Samofalov]

Пока из собранной мной информации, я пришёл к выводу, сто наиболее рациональная в моём случае конструкция – это ёмкость из карбона вклеенная в титановый корпус.
Теперь спрашивается, работу этих материалов следует учитывать как совместную, или каждой оболочки следует придать собственное назначения и производить независимые расчёты с учётом рабочих функций?

[zebs]

Совместную работу расчитать проблематично. Титан в ансисе расчитать можно, а карбон не уверен. Тебе нужно определиться из чего делать.

[Pavel Samofalov]

Поверхность корпус резервуара должна иметь способность к сопротивлению динамическим нагрузкам, проще говоря, возможны удары по корпусу, от чего и хочется вклеить ёмкость в титановый корпус. Дабы защитить карбон от разрушения при ударе.

[кислый]

я бы тогда разделил эти функции: резервуар сам по себе, ударостойкий корпус сам по себе.

сделал бы это потому, что углепластик(=карбон) несколько жестче титановых сплавов, а стеклопластики, наоборот, податливее. Соответственно распределятся и нагрузки, склеите вы эти компоненты или нет

[volksv]

Самые легкие материалы используются для топливных баков ракетных двигательных установок, т.к. вес там играет одну из первостипенных ролей. Только вот какие именно используются зависит от вещества находящегося внутри. Вы что и под каким давлением хотите хранить?

[Pavel Samofalov]

Углекислоту, или возможно смесь на его базе. Давление 350-400 ати.

[sbi]

Сообщение от Pavel Samofalov Какой материал используют при изготовлении ёмкости работающей под высоким давлением (при нормальной температуре), если наиважнейшим из критериев является вес конструкции?

А объём емкости и ее форма не имеют значения?

[Müller]

Всётаки корпус ракеты Арианы-5, находящийся под давлением, делают из стали. Льют кольца, затем катают в цельные трубы 8,1 мм толщиной. Попадалась даже марка стали, я где то здесь её приводил. Оказалась сталь более подходящей.

[volksv]

Для того что бы уменьшить массу бака нужно не только подобрать материал, но и выбрать правильную форму. Для давления 350-400 атм можно применить сферическую форму бака, т.к. она обеспечивает наименьшую массу при заданном давлении. Применять больше чем при 400 атм. не рекомендуется т.к. заметно увеличивается толщина стенок.
Что касается материалов, то для снижения массы применяют металлические и композиционные материалы с высокой удельной прочностью, а так же их комбинации. Из металлических можно выделить титановый сплав 6 А1 4 V. Я бы сделал в Вашем случае баллон из титанового сплава и обмотал бы его волокнами из композиционного материала, например синтетическое волокно КЕВЛАР 49 пропитанное эпоксидной смолой.

[T-Yoke]

Сообщение от Müller Всётаки корпус ракеты Арианы-5, находящийся под давлением, делают из стали. Льют кольца, затем катают в цельные трубы 8,1 мм толщиной. Попадалась даже марка стали, я где то здесь её приводил. Оказалась сталь более подходящей.

Вы не путаете, точно из стали?

[volksv]

Корпус ракеты и корпус бака с веществом по мойму немного разные вещи.

[Müller]

Вы не путаете, точно из стали?

The boosters of ARIANE 5 are currently made of 7 rings of the high strength steel 48 CrMoNiV 4 10 (D6AC) jointed together by a Clevis Tang technique. Die Booster der Ariane 5 sind derzeit aus 7 Ringen der hohen Stahl 48 CrMoNiV 4 10 (D6AC) verbunden durch einen Gabelbefestigung Tang Technik.

Вот подборка (на ин. языках, но есть таблицы и картинки). Мартензитовая сталь 48 CrMoNiV 4-10 ( Aeralloy D6AC). Тут показывали по телеку как Ариану-5 изготавливают. Там и видел как бак катают.
Вот тут на английском, но подробнее.

[volksv]

Понятно. Какое давление в баке Арианы 5? В основном первоначальное давление в баках ракет порядка 4 атмосфер, далее установлены турбонасосные агрегаты, которые увеличивают давление в системе на порядок до требуемого значения подачи в КС. У АРИАНЫ в КС 115 атмосфер, следовательно в баках 5 атм. У АТЛАСа например толщина стенки бака 1мм. Я к тому, что для высоких давлений такие баки не пригодны.

[Flexxxxxxxx]

На Южмаше разработаны сферические балоны высокого давления из полимерного композиционного материала с кевларовыми волокнами. Наматывают на 5-ти координнатном станке. Внутри алюминиевая фольга. Используют для хранения гелия.

[Ильнур]

Для указанного случая все давно решено на практике:
В настоящее время прогрессивной считается технология изготовления баллонов на основе лейнеров, т.е. заготовок, изготавливаемых преимущественно из алюминиевых сплавов. Лейнер, оборудованный штуцером для навинчивания запорной арматуры, а также имеющий специальную оплетку из композиционных материалов и окраску, является баллоном.
Пожалуйста, имеются готовые:
Баллоны вместимостью от 47 до 185 л, рассчитанные на рабочее давление 20, 24,5 и 31,4 МПа, устанавливаемые на транспортные средства, предназначены для транспортирования, хранения и использования в качестве моторного топлива сжатого природного газа по ГОСТ 27577.
• Запас прочности - не менее 2,6 (разрушение безосколочное);
• Срок службы – 15 лет; количество заправок 15000, освидетельствование один раз в три года, температура окружающей среды при эксплуатации от минус 45 до плюс 65°С.
• Диапазон рабочих температур от минус 45 град.C до плюс 60 град.С;
• Коэффициент совершенства (отношение массы баллона в кг к полезному объему в литрах):
0,5 - 0,7 в зависимости от давления и материала силовой оболочки (углебазальтостеклоровинг).

[Lopuch]

В составеASME Boiler Code имеется соответствующая секция для проектирования и изготовления емкостного ооборудования из полимерных композитных материалов