复合材料管的长期环刚度性能研究开题报告

 2020-02-20 09:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

由于对使用高性能和轻型结构的需求不断增长,聚合物复合材料的应用在不同的工业部门蓬勃发展。玻璃钢,俗称frp(fiber reinforced plastics),即纤维增强复合塑料,是一种应用广泛的复合材料。玻璃钢管道是一种轻质、高强、耐腐蚀的非金属管道。其管壁结构合理先进,能充分发挥材料的作用,在满足使用强度的前题下,提高了刚度,保证了产品的稳定性和可靠性,从而被广泛应用于石油化工行业及给排水工程领域。在服役过程中,随着使用时间的延长,玻璃钢管的力学性能会有所降低,甚至可能出现失效的情况,从而带来严重的后果。因此,在充分发挥玻璃钢管耐腐蚀、质轻高强等优点的基础上,保证管道在设计年限内的安全可靠性是非常重要的。

管道运输不仅运输量大、连续、迅速、经济、安全、可靠、平稳以及投资少、占地少、费用低,并可实现自动控制,是现代运输的主要方式之一。玻璃钢管道用于埋地管道运输时,在自身、覆土、介质、动载荷等作用下,会产生变形。埋地玻璃钢管道是地下薄壁柔性管,环向应力是最不利控制因素之一。在土壤等外载荷的作用下,管道的两侧被挤压发生变形,变形后的管壁挤压土体,受到土体弹性抗力,外压会重新分布,管、土共同作用来承受外压载荷。为使变形控制在允许的挠度范围内,管道需要具备一定的抵抗径向变形的能力,即环刚度,环刚度(ring stiffness) 是衡量管环在外载荷作用下抗径向变形能力的一个重要性能参数,环刚度的基本定义式为s=ei/d3,其中,s为环刚度,单位:n/m2; e 为管道表观环向弯曲弹性模量,单位:n/m2; i 为轴向单位长度管壁的环弯曲惯性矩,单位:m4/m,i=t3/12; t 为管壁总厚度,d为管道计算直径,单位均为m。

目前中国对于玻璃钢管性能的研究不是很常见,而其中涉及到玻璃钢管长期性能的研究更为少见。在国外,多数研究的重点仍集中在试验方面,即通过试验得出玻璃钢管的长期力学性能特性。国外诸多标准如awwa m45、awwa c950、astm d2992、astm d5365和astm d3681等均以试验时间为104h的长期性能试验为基础,采用双对数回归方法分析预50年后玻璃钢管的长期力学性能。

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2. 研究的基本内容与方案

基本内容:1)对复合材料管环进行长期环刚度试验;2)对长期环刚度试验结果进行分析。

目标:获得复合材料管的环刚度随时间变化的基本规律。

拟采用的技术方案及措施:

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3. 研究计划与安排

1)第1~3周:阅读文献,了解背景知识,明确实验方法,完成开题报告。

2)第4~10周:进行复合材料管的长期环刚度试验,每周进行3到4次的环刚度测定,记录并初步整理数据。

3)第11~12周:查阅学习相关的复合材料力学知识,对实验结果进行分析与处理。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 宗俊达, 姚卫星. frp复合材料剩余刚度退化复合模型[j]. 复合材料学报, 2016,33(02):280-286.

[2] 朱四荣, 梁娜, 李悦, 等. 玻璃钢管的长期刚度测量及预测[j]. 复合材料学报, 2016,33(11):2492-2499.

[3] 杨建明, 陈建中. 玻璃纤维增强塑料夹砂管的环刚度分析[j]. 玻璃钢/复合材料, 2013(z2):36-39.

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