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Fibre de carboneUn réservoir sous pression composite enroulé est un réservoir à paroi mince constitué d'une enveloppe hermétique et d'une couche composite à haute résistance, obtenue principalement par enroulement et tissage de fibres. Contrairement aux réservoirs sous pression métalliques traditionnels, l'enveloppe des réservoirs composites assure le stockage, l'étanchéité et la protection contre la corrosion chimique, tandis que la couche composite supporte la pression interne. Grâce à la résistance spécifique élevée et à la grande flexibilité de conception des composites, les réservoirs sous pression composites offrent une capacité de charge nettement supérieure et une masse considérablement réduite par rapport aux réservoirs sous pression métalliques traditionnels.
La couche interne du réservoir sous pression à enveloppe fibreuse est principalement constituée d'une structure de revêtement dont la fonction principale est d'assurer l'étanchéité et d'empêcher les fuites de gaz ou de liquides sous haute pression stockés à l'intérieur, tout en protégeant la couche externe à enveloppe fibreuse. Cette dernière n'est pas corrodée par le fluide stocké à l'intérieur du réservoir. La couche externe, également à enveloppe fibreuse renforcée par une matrice de résine, est principalement conçue pour résister à la majeure partie des contraintes de pression à l'intérieur du réservoir.
1. Structure des récipients sous pression à enroulement de fibres
Il existe quatre principales formes structurelles de réservoirs sous pression composites : cylindrique, sphérique, annulaire et rectangulaire. Un réservoir cylindrique se compose d'une section cylindrique et de deux fonds. Les réservoirs sous pression métalliques sont conçus selon des formes simples, avec une résistance axiale importante. Les réservoirs sphériques présentent des contraintes égales dans le sens de la chaîne et de la trame sous pression interne et une contrainte circonférentielle deux fois moindre que celle des réservoirs cylindriques. La résistance du métal étant uniforme dans toutes les directions, le réservoir sphérique métallique est conçu pour une résistance homogène et présente une masse minimale à volume et pression donnés. L'état de contrainte du réservoir sphérique est optimal, et ses parois peuvent être minimales. Cependant, en raison de la complexité de leur fabrication, les réservoirs sphériques sont généralement réservés aux engins spatiaux et à d'autres applications spécifiques. Les réservoirs annulaires sont très rares en production industrielle, mais cette structure particulière est utilisée dans certains cas particuliers, notamment pour les véhicules spatiaux afin d'optimiser l'espace limité. Les conteneurs rectangulaires sont principalement destinés à répondre aux besoins lorsque l'espace est limité, à maximiser l'utilisation de l'espace et des structures, comme les wagons-citernes rectangulaires automobiles, les wagons-citernes ferroviaires, etc. Ces conteneurs sont généralement des conteneurs basse pression ou des conteneurs à pression atmosphérique et les exigences de qualité sont que plus ils sont légers, mieux c'est.
La complexité de la structure decompositeLa conception, l'analyse, le calcul et le moulage des réservoirs sous pression sont complexes, notamment en raison des variations brusques d'épaisseur et d'angle de leurs fonds. Dans certains cas, il est nécessaire d'enrouler les fonds selon différents angles et rapports de vitesse, et d'adapter la méthode d'enroulement à chaque structure. Il faut également tenir compte de facteurs pratiques tels que le coefficient de frottement. Par conséquent, seule une conception structurelle rigoureuse permet de guider efficacement le processus d'enroulement et de produire des réservoirs sous pression composites légers, conformes aux exigences de conception.
2. Matériau du récipient sous pression à enroulement de fibres
En tant qu'élément porteur principal, la couche d'enroulement de fibres doit présenter une résistance élevée, un module d'élasticité élevé, une faible densité, une stabilité thermique et une bonne mouillabilité par la résine, ainsi qu'une bonne aptitude à l'enroulement et une densité uniforme du faisceau de fibres. Les fibres de renforcement couramment utilisées pour les réservoirs sous pression composites légers comprennent :fibres de carbone, fibres PBO,fibres de polyamine aromatiqueset les fibres UHMWPE.