复合材料管状结构是一种具有合理受力形式的结构元件,结构稳定性好且具有较高的比强度、比刚度,因此在军事、航空、建筑、医疗卫生等领域有着非常广泛的应用。当前随着人们安全意识提高以及复合材料应用范围的不断扩大,高阻燃性已逐渐成为复合材料的必备性能之一。对位芳纶不仅具有优异的物理机械性能,还具有出色的阻燃、耐高温性能。本文选用对位芳纶和无卤阻燃环氧树脂为原料,设计开发了一种具有高阻燃、抗压、密封等功能的复合材料储藏筒。本文具体的研究内容和结论如下:(1)制备了不同成型压力条件下的模压成型复合材料层合板,测试并分析了层压板的厚度及纤维体积分数、力学性能及金相显微结构在不同成型压力下的变化规律。结果表明,随着成型压力增大,层合板厚度减小,纤维体积分数增大,纤维间排列更为致密,富树脂区减少,综合力学性能提高。当成型压力达到0.8Mpa时,综合力学性能最优。继续增加压力,综合力学性能下降,厚度、纤维体积含量以及纤维间排列和分布的紧密性基本不再发生变化。最终制品的纤维体积分数可达60%。(2)对成型压力为0.8 Mpa的层合板试样进行阻燃性能测试。结果表明,层合板的极限氧指数(LOI)为44.57%,达到难燃材料等级;垂直燃烧性能测试结果可达V-0级要求。试样的耐热性能、阻燃性能优异。(3)在ABAQUS中建立了不同壁厚圆管径向局部受载的有限元模型,载荷大小为20000 N,作用于长为225 mm的圆筒壳横截面的四分之一弧面上。采用最大应力准则和von Mises屈服准则综合判断复合材料圆筒壳在给定载荷条件下是否发生损伤破坏,合理确定圆管在给定载荷作用下不产生破坏的厚度值。结果表明,当壁厚为1.96 mm时,最大主应力为523.5 Mpa,大于材料纤维方向的拉伸失效应力,最大剪切应力为36.2 Mpa,大于材料的剪切失效应力,判断模型产生结构破坏,不符合设计要求;当壁厚为2.2 mm,虽然该厚度符合设计要求,但该厚度下模拟结果的最大主应力和剪切应力与材料的强度极限较为接近,产生损伤的风险较大,出于安全性考虑,不采用该厚度值;当壁厚为2.44 mm时,最大等效应力为341.7 Mpa,远小于材料的屈服强度504.5 Mpa;最大主应力为391.4 Mpa,远小于材料纤维方向的拉伸强度504.5 Mpa;最大剪切应力为26.4 Mpa,小于材料的抗剪切强度33.0 Mpa,故确定圆管的设计壁厚为2.44 mm。(4)根据圆管的设计尺寸,采用热压罐成型工艺制备了芳纶复合材料圆管,测试其径向压缩性能并对其进行封头设计。结果表明圆管成型壁厚为2.46 mm,与设计壁厚基本一致;其径向压缩破坏载荷为23939 N,满足其径向在20000 N载荷作用下不产生破坏的设计要求,可在一定程度上说明模拟分析结果具有较高精确度;采用胶粘剂将金属结构封头与圆管两端连接以实现密封,一端为不可拆卸的椭圆形封头,另一端为螺纹连接的便捷、可拆卸式封头。