A. E. Burov

ANALYSIS OF THE STABILITY OF A SEALING LINER IN A COMPOSITE PRESSURE VESSEL

High-pressure composite vessels consisting of a composite load-bearing shell and a thin sealing liner are widely used in the automotive, aviation, and energy industries due to their high weight efficiency and strength. Their manufacture involves autofrettage, which results in compressive strains in the liner due to a difference in the mechanical properties of the materials of the load-bearing and sealing shells. This paper presents the results of the numerical modeling of the stress-strain state of an elliptical composite vessel during autofrettage, as well as potential local liner buckling due to compressive plastic strains. The vessel is manufactured by continuous helical-hoop winding of five layers of unidirectional composite tape, based on carbon fibers and an epoxy binder, onto a liner. A comparative analysis is performed for several liner materials. It is noted that the non-uniform distribution of stress fields, specific for this type of composite vessels, limits the use of analytical solutions, based on simplified models, for determining liner buckling loads. The main factors influencing the liner stress level and buckling are identified. The results demonstrate the dominant contribution of pressurization load, the deformation properties of liner materials, and the contact conditions at the interface to liner stability. Methods for increasing the liner stability by reducing stress levels during both loading and load relief are discussed. The studies have shown the features of liner deformation during autofrettage, which must be taken into account when designing and analyzing the load-bearing capacity of composite pressure vessels.

A. E. Burov

АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕГО ЛЕЙНЕРА В СОСТАВЕ КОМПОЗИТНОГО БАЛЛОНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Композитные баллоны высокого давления, состоящие из композитной силовой оболочки и тонкого герметизирующего лейнера, получили широкое применение в автомобильной промышленности, авиации и энергетике благодаря высокой весовой эффективности и прочности. Их изготовление включает процесс автофреттажа, в результате которого в лейнере возникают сжимающие деформации, обусловленные различием характеристик механических свойств материалов силовой и герметизирующей оболочек. В настоящей работе приведены результаты численного моделирования напряженно-деформированного состояния композитного баллона эллиптической формы при автофретировании и возможной потери локальной устойчивости лейнера в результате развития сжимающих пластических деформаций. Баллон изготовлен спирально-кольцевым методом непрерывной намотки на лейнер пяти слоев ленты однонаправленного композита на основе углеродных волокон и эпоксидного связующего. Сравнительный анализ выполнялся для нескольких материалов, используемых для изготовления лейнеров. Отмечается, что неоднородное распределение полей напряжений, характерное для данных композитных баллонов, ограничивает использование аналитических решений для определения нагрузок потери устойчивости лейнера, полученных на упрощенных моделях. Были идентифицированы основные факторы, влияющие на уровень напряжений и потерю устойчивости лейнеров. Полученные результаты свидетельствуют о доминирующей роли уровня первоначальной нагрузки, деформационных свойств материала лейнера и условий взаимодействия компонентов на контактной поверхности в устойчивости лейнера. Обсуждаются способы повышения устойчивости лейнера путем снижения в нем уровня напряжений как на этапе нагружения, так и при разгрузке. Исследования показали особенности деформирования лейнера в процессе автофреттажа, которые необходимо учитывать при проектировании и анализе несущей способности композитных сосудов давления.

     

Библиографическая ссылка на статью

Burov A. E. Analysis of the Stability of a Sealing Liner in a Composite Pressure Vessel // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2026. - Iss. 4. - P. 128-138. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2026.4.128-138. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2026-4/2026-4_572.html
(accessed: 26.09.2026).