Тема выпускной квалификационной работы: «Конечно-элементное моделирование и исследование напряженно-деформированного состояния композитного баллона высокого давления». Данная работа посвящена исследованию прочности композитного баллона, состоящего из алюминиевого лейнера, клеевого слоя из эпоксидной смолы и углеволоконной обмотки. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Изучение подходов к моделированию однонаправленных и многослойных композитных материалов. 2. Создание и валидация численной модели композитного баллона с помощью модуля ANSYS Composite PrePost в ANSYS Workbench. 3. Исследование зависимости запаса прочности в различны частях баллона от направления намотки углеволокна. 4. Определение оптимального количества слоев композитной обмотки для удовлетворения заданному запасу прочности и минимизации веса баллона. Моделирование композитного баллона было проведено на среднем структурном уровне описания композитных конструкций. Была получена модель композитного баллона высокого давления, учитывающая различные направления намотки углеволокна. При этом сами волокна не моделировались, а были заменены на слои с ориентацией, соответствующей направлению намотки волокна. Был проанализирован процесс изготовления композитных баллонов высокого давления. Полученная численная модель учитывает технологические аспекты производства, такие как ограничение на угол намотки волокна, неоднородность толщины лейнера, наличие клеевого слоя. Предложен метод определения оптимального угла намотки волокна, учитывающий приведенные ограничения.

The subject of the graduate qualification work is "Finite element modeling and investigation of the stress-strain state of a composite high-pressure cylinder". This work is devoted to studying of the strength of a composite cylinder consisting of an aluminum liner, an adhesive layer of epoxy resin and a carbon fiber winding. The research set the following goals: 1. Studying of approaches of modeling unidirectional and multilayer composite materials. 2. Creation and validation of a numerical model of a composite cylinder using the ANSYS Composite PrePost module in ANSYS Workbench. 3. The study of the dependence of the factor of safety in various parts of the cylinder on the direction of carbon fiber winding. 4. Determination of the optimal number of layers of the composite winding to meet a given safety margin and minimizing cylinder weight. Composite cylinder modeling was carried out at meso-scale modelling framework for describing composite structures. A model of a composite high-pressure cylinder was obtained, taking into account the different directions of winding carbon fiber. In this case, the fibers themselves were not modeled, but were replaced by layers with an orientation corresponding to the direction of winding of the fiber. The process of manufacturing composite high-pressure cylinders was analyzed. The resulting numerical model takes into account technological aspects of production, such as the restriction on the angle of winding of the fiber, the heterogeneity of the thickness of the liner, the presence of an adhesive layer. Proposed method for determining the optimal angle of fiber winding takes into account the above limitations.