管狀機織物在管子上抽拔過程的動態(tài)數(shù)值模擬.pdf

1、管狀機織物是具有一定空間結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)的織物，因其相比于其它管狀織物材料，如立體縫紉、編織、針織等具有優(yōu)良的形態(tài)穩(wěn)定性、均勻性、相對較高的強度和較高的生產(chǎn)效率，而被廣泛地用作管道的內(nèi)襯和外套織物。在其外套或內(nèi)襯于管子的抽拔過程中，管狀機織物的幾何和力學(xué)屬性將影響使用性能。用高性能纖維制造的管狀機織物因有較高的比強度和比剛度，因而其具有更高的耐疲勞性能。由于管狀機織物細(xì)觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，管狀機織物在管子上抽拔過程的動態(tài)數(shù)值模擬過程的應(yīng)用研究

2、目前仍處于前期探索階段。有關(guān)管狀機織物在管子上的抽拔過程和管狀機織物受力破壞機理的研究對管狀機織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的理論價值和實際意義。
　　本文主要運用有限元分析法對管織物外套和內(nèi)襯于管子的抽拔過程中的應(yīng)力和應(yīng)變分布進行了動態(tài)模擬和計算。在考察管狀機織物細(xì)觀幾何結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于對纖維束截面橢圓外接八邊形的假設(shè)構(gòu)建管織物的三維細(xì)觀模型。管子在整個抽拔過程中若無自鎖，其變形可忽略，即認(rèn)為是剛性體，這相當(dāng)于管織物的紗線是受到高應(yīng)變

3、率的作用，即可以采用高應(yīng)變率下發(fā)生最大失效應(yīng)變準(zhǔn)則。依此，采用顯示中心差分法原理建立了管子剛性體和管織物柔性體接觸時的有限元計算流程。同時，在考慮了經(jīng)紗和緯紗本構(gòu)關(guān)系的非線性以及管子和織物接觸的非線性后，為保證管織物的經(jīng)紗和緯紗與管子的接觸部位的節(jié)點數(shù)劃分為整數(shù)對網(wǎng)格作了劃分，并依此對整個抽拔過程進行模擬計算，得到管狀機織物所受應(yīng)力和應(yīng)變分布與常理的應(yīng)力、應(yīng)變分布基本一致，且應(yīng)力與應(yīng)變的最大值發(fā)生點完全一致，其位置在管織物頂端單胞模型中

4、的接觸彎曲點。
　　分別對外套抽拔過程中，外套應(yīng)力及應(yīng)變分布和內(nèi)襯抽拔中的應(yīng)力應(yīng)變分布作了分析對比，得到外套管織物的抽拔作用會使其軸向的經(jīng)紗伸長，而徑向的緯紗產(chǎn)生收縮，故外套抽拔過程的應(yīng)力和應(yīng)變值均大于內(nèi)襯的抽拔。改變管織物長度的模擬實驗證明，無論管狀機織物內(nèi)襯或外套于管子，管織物與管子接觸長度的增加對最大應(yīng)力和應(yīng)變值及其發(fā)生位置有明顯的影響，接觸長度的增加會導(dǎo)致管織物的自鎖，其摩擦自鎖長度可以由摩擦接觸應(yīng)力和抽拔作用力計算得出。