基于有限元分析的玻璃鋼夾砂管道的強(qiáng)度分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管（簡(jiǎn)稱(chēng)FRPM管）作為新型復(fù)合材料管道的一種，具有優(yōu)良的物理化學(xué)特性。它是由高性能的不飽和聚酯樹(shù)脂作為基體，以玻璃纖維螺旋纏繞形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)作為增強(qiáng)體，并在中間填充石英砂顆粒材料。這種獨(dú)特的夾層結(jié)構(gòu)不僅使 FRPM管具有較高的強(qiáng)度和剛度，還大幅度降低了生產(chǎn)成本。FRPM管力學(xué)性能優(yōu)異，在給水排水、能源運(yùn)輸?shù)仁姓こ谭矫姘l(fā)揮著重要作用。
　　目前，我國(guó)對(duì)FRPM管的力學(xué)性能研究大多停留在試驗(yàn)方面，而對(duì)其強(qiáng)度模擬

2、以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。本文從復(fù)合材料力學(xué)理論出發(fā)，通過(guò)力學(xué)試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩方面對(duì)管道力學(xué)性能進(jìn)行了探討，最后對(duì)FRPM管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提出了建議，所完成的主要工作如下：
　?。?）對(duì)FRPM管的力學(xué)性能進(jìn)行了理論研究?；趯雍习謇碚摚接懥藦?fù)合材料層合板的強(qiáng)度失效準(zhǔn)則及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，并對(duì)傳統(tǒng)公式進(jìn)行了適當(dāng)修改以適用含有夾砂層管道的特殊結(jié)構(gòu)。
　?。?）針對(duì)FRPM管，設(shè)計(jì)了管道軸向拉伸試驗(yàn)以及環(huán)剛度試驗(yàn)方案，測(cè)定了管道

3、的拉伸強(qiáng)度以及環(huán)剛度等力學(xué)性能參數(shù)?；谟邢拊治龇椒?，利用ABAQUS建立了管道的有限元模型，以纖維纏繞角度、鋪層順序以及夾砂層厚度為主要輸入變量，根據(jù)蔡-吳張量準(zhǔn)則來(lái)判斷各層的面內(nèi)失效，通過(guò)數(shù)值模擬得到了管道拉伸強(qiáng)度和環(huán)強(qiáng)度，試驗(yàn)值與模擬值吻合較好，說(shuō)明通過(guò)數(shù)值模擬研究FRPM管的力學(xué)性能具有很強(qiáng)的可行性。
　?。?）完成了對(duì)FRPM管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。根據(jù)試驗(yàn)研究、理論計(jì)算以及數(shù)值模擬，探討了FRPM管剛度、強(qiáng)度等力學(xué)性能的影響因