Geometria, materialele fibroase și materialele de acoperire ale recipientelor compozite de înaltă presiune afectează direct performanța produsului; prin urmare, evaluarea ar trebui să se bazeze pe criterii cuprinzătoare.
Sferic. Pentru vasele de înaltă presiune din metal, structura sferică este optimă. Din punct de vedere al rezistenței, un înveliș sferic este izotrop, o proprietate care se aliniază bine cu izotropia inerentă a materialelor metalice. În comparație cu alte forme, un vas sferic are o suprafață mai mică pentru un volum dat, rezultând un vas mai ușor.
În plus, capacitatea portantă a unei sfere este dublă decât a unui cilindru; în consecință, majoritatea vaselor de înaltă presiune din metal utilizează un design sferic pentru a obține cele mai bune parametri de performanță generală.
Cu toate acestea, pentru vasele compozite de înaltă presiune, stratul izotrop este o considerație principală. Înfășurarea filamentului vaselor sferice este limitată la „cercuri mari”, ceea ce înseamnă că filamentul trebuie înfășurat de-a lungul circumferinței diametrului maxim pentru a preveni alunecarea. Unghiul dintre fibre și meridiane variază la diferite latitudini: este cel mai mic la ecuator și atinge 90 de grade la deschiderea polară, unde fibra este tangentă la marginea deschiderii. Deoarece componentele meridionale și circumferențiale ale forței de înfășurare diferă pe traseele de înfășurare, vasul - în ciuda formei sale sferice (care implică o încărcare uniformă în toate direcțiile) - nu poate îndeplini în mod eficient cerințele de presiune uniforme din cauza anizotropiei fibrelor înfășurate. În timp ce utilizarea mai multor înfășurări circulare cu deschideri polare mărite poate îmbunătăți starea de stres, obținerea unui design cu rezistență egală rămâne dificilă.
Îndeplinirea cerințelor de rezistență egală necesită un strat izotrop, dar procesele de bobinare și echipamentele necesare pentru a realiza acest lucru sunt complexe. În condițiile actuale, o formă cilindrică cu capete bombate este mai practică. S-au făcut progrese semnificative în tehnologia de înfășurare izotropă a vaselor sferice de înaltă presiune și au fost efectuate cercetări specializate asupra modelelor de înfășurare și a echipamentelor pentru aceste structuri. Dintr-o perspectivă de dezvoltare pe termen lung, totuși, vasul sferic compozit poate să nu fie forma de alegere pentru aplicații viitoare.
Cilindric. Recipiente cilindrice de înaltă presiune din compozit constau dintr-un corp cilindric și două închideri de capăt (capete). Capetele folosesc de obicei modele precum înfășurarea geodezică izotensoidală, înfășurarea izotensoidală sau forme elipsoidale. Acest tip de vas de înaltă presiune are un design structural rațional și oferă confort în fabricație, manipulare și instalare.
Analiza tensiunii geometriei dezvăluie că efortul circumferenţial într-un corp simplificat al vasului este de două ori mai mare decât efortul axial. În cazul unui vas integral din metal, marja de rezistență axială este substanțială atunci când proiectarea satisface cerințele de tensiune circumferențială. Dimpotrivă, vasele compozite de înaltă presiune pot obține un design cu rezistență egală pe secțiunea transversală a cilindrului, echilibrând rezistența circumferențială și axială, prin modele de înfășurare specifice. Tensiunea axială este suportată de componenta axială a fibrelor înfăşurate longitudinal, în timp ce tensiunea circumferenţială este suportată de fibrele înfăşurate în cerc şi componenta circumferenţială a fibrelor longitudinale (axiale). Cantitățile de fibre în ambele direcții sunt calculate pe baza echilibrului biaxial al tensiunii, permițând utilizarea optimă a fibrelor și o eficiență structurală ridicată. În consecință, forma cilindrică simplă este în prezent cea mai utilizată configurație pentru recipientele compozite de înaltă presiune, atât pe plan intern, cât și internațional.
Recipiente de înaltă presiune din compozit cvasi-sferic - vase cilindrice scurtate în esență cu un raport de aspect de aproximativ 1 - servesc ca alternative rentabile la vasele sferice din metal sau compozit. Sunt potrivite pentru instalațiile proiectate inițial pentru vase sferice, valorificând în același timp în mod eficient caracteristicile de rezistență unidirecționale ale materialelor din fibre. Căptușeala are capete elipsoidale formate integral (în formă de butoi) și este complet întărită la exterior cu fibre de carbon de înaltă rezistență înfășurate atât în modele elicoidale, cât și în cerc. Forma exterioară a vasului îl face potrivit pentru instalare într-o gamă largă de aplicații.
Fibrele continue utilizate în mod obișnuit în vasele compozite de înaltă presiune înfășurate cu filament includ sticlă E, sticlă S, Kevlar 49 și fibre de carbon. Datorită caracteristicilor lor de performanță mai scăzute, fibrele de sticlă sunt utilizate în prezent în principal în echipamentele de la sol, în timp ce Kevlar 49 este folosit în majoritatea navelor spațiale. Navele spațiale moderne utilizează în principal fibre de carbon de înaltă performanță. Selectarea fibrelor necesită o evaluare cuprinzătoare a factorilor cum ar fi rezistența, modulul elastic și densitatea liniară.