раздел 2) в соответствии с основными составляющими концепции проектирования БВД (рис. 2.15).
Проектировщик (конструктор) располагает физико-механическими характеристиками конструкционных материалов и обосновано регламентировал эквивалентные деформации материала лейнера ?экв. Дальнейший алгоритм реализации метода можно представить в следующем виде.
1. Определяются предельная деформация спиральных слоев ?с по (3.23) при заданной ?экв.
2. При заданном по алгоритму поиска максимального массового совершенства баллона ?бал max значение коэффициента неравномерности напряженности кольцевых и спиральных слоев К определяется деформация кольцевых слоев ?к по (3.24).
3. Производится оценка прочности спиральных слоев по (3.9):
при ?с>?в уменьшается значение деформации спиральных слоев на регламентированную величину.
?с =, (3.27)
где ? исходное значение деформации спиральных слоев;
? принятый коэффициент уменьшения (0,99((0,95);
при ?с??в производится переход к блоку определения толщины спиральных слоев hc.
4. Производится оценка прочности кольцевых слоев по (3.10):
при ?с>?в изменяется (уменьшается) величина коэффициента неравномерности К;
при ?к??в производится переход к блоку определения толщины кольцевых слоев hк.
5. При заданной по алгоритму поиска максимального совершенства баллона ?балmax (см. п.2) толщине лейнера hл? определяется толщина спиральных слоев hс по (3.19).
6. При той же толщине лейнера hл и вычисленной толщине спиральных слоев hс по (3.20) определяется толщина кольцевых слоев.
7. Для вычисленных ранее толщин спиральных hс и кольцевых hк слоев и принятой толщины лейнера определяется величина массового совершенства баллона ?бал по (3.25).
8. Реализуется алгоритм поиска максимального массового совершенства ?бал max, в результате работы которого определяются оптимальные значения параметров баллона hл opt, hc opt, hк opt.
Блок схема алгоритма реализации метода оптимального проектирования металлокомпозитного БВД одноразового использования представлена на рис. 3.1.
Следует особо отметить, что в предлагаемом методе прочность лейнера обеспечивается автоматически соответствующим заданием эквивалентной деформации его материала ?экв, назначаемой, исходя из известной диаграммы ?-? для одноосного растяжения с учетом специфических требований ТЗ. Необходимо при этом помнить, что ?экв (2.21) получено из условия равенств упругой деформации, поэтому оно не должно превосходить значения, соответствующего пределу текучести ?Т, если диаграмма ?-? для применяемого материала лейнера нелинейна.
Рис.3.1. Блок-схема реализации метода
3.3. Модификация метода на случай длительного хранения БВД
под рабочим давлением
Для рассматриваемого подкласса металлокомпозитных БВД характерна работа АМ в условиях ползучести (см. п. 2.3.1) при заданном временном ресурсе (длительности нагружения) tp.
При проектировании, как и в п.3.2 предполагаются заданными или известными рабочее давление в баллоне РР, габариты, физико-механические характеристики материала лейнера, эквивалентная деформация ?экв, а также статические (кратковременные) и реологические физико-механические характеристики АМ, в том числе кривые ползучести АМ при растягивающих напряжениях разного уровня от предела статической прочности.
Предполагается, что расчет на статическое кратковременное нагружение проведен и по методу, изложенному в п.3.2, определены оптимальные для статики параметры .
Модификация базового метода проектирования заключается в итерационном учете длительности нагружения в течении t дней.
Дальнейший алгоритм реализации модифицированного метода можно представить в следующем виде.
1. При регламентированном ресурсе tс для заданных ?с и ?к уровней определяются деформации в спиральных и кольцевых слоях и по зависимостям, аналогичным (2.12):
(3.28)
где
. (3.29)
Обозначения в (3.29) соответствуют принятым в п. 2.3.1.
2. Деформации в лейнере определяются аналогично (3.17)-(3.18).
(3.30)
3. Напряжения в лейнере определяются зависимостями, аналогичными (3.13)-(3.14).
(3.31)
4. При заданных по алгоритму поиска максимального массового совершенства ?бал толщине стенки лейнера hл и спиральных hс слоев определяется величина осевой нагрузки, воспринимаемой баллоном:
; (3.32)
5. При заданных hс, hк и hл определяется величина кольцевой нагрузки, воспринимаемой баллоном:
; (3.33)
6. Определяются невязки напряженного состояния баллона и действующих нагрузок:
; (3.34)
; (3.35)
7. Производится по заданному алгоритму изменение hс и hк до уменьшения невязок ?pо и ?pк до наперед заданного значения.
8. При сходимости предыдущего этапа алгоритма с допустимой точностью определяются напряжения в спиральных и кольцевых слоях:
; (3.36)
. (3.37)
9. По известным из предыдущего шага напряжениям в спиральных и кольцевых слоях и определяется ресурс баллона tp по (3.28).
При несоответствии ресурса tp заданным исходными данными изменяются соответственно толщины спиральных слоев hс и кольцевых hк.
При достижении вычисленного по (3.28) значения ресурса заданному производится переход к определению величины массового совершенства баллона ?бал.
10. Реализуется алгоритм поиска максимального массового совершенства, в результате которого определяются оптимальные параметры баллона (hл opt, hc opt, hк opt).
Блок схема реализации алгоритма приведена на рис. 3.2.
3.4. Проектирование металлических БВД с кольцевой подмоткой гибридным
армирующим материалом в цилиндрической зоне
Как уже отмечалось выше, в п.п. 3.1-3.2 рассмотрены цилиндрические БВД, в которых лейнер выполняет основную функцию герметичности баллона, а его несущая способность обеспечивается АМ, намотанным на лейнер как оправку в кольцевом и спирал