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

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

2、以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計鮮有文獻報道。本文從復(fù)合材料力學理論出發(fā)，通過力學試驗和數(shù)值模擬兩方面對管道力學性能進行了探討，最后對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FRPM管的力學性能進行了理論研究?；趯雍习謇碚摚接懥藦?fù)合材料層合板的強度失效準則及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，并對傳統(tǒng)公式進行了適當修改以適用含有夾砂層管道的特殊結(jié)構(gòu)。
　　（2）針對FRPM管，設(shè)計了管道軸向拉伸試驗以及環(huán)剛度試驗方案，測定了管道

3、的拉伸強度以及環(huán)剛度等力學性能參數(shù)?；谟邢拊治龇椒ǎ肁BAQUS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-吳張量準則來判斷各層的面內(nèi)失效，通過數(shù)值模擬得到了管道拉伸強度和環(huán)強度，試驗值與模擬值吻合較好，說明通過數(shù)值模擬研究FRPM管的力學性能具有很強的可行性。
　　（3）完成了對FRPM管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。根據(jù)試驗研究、理論計算以及數(shù)值模擬，探討了FRPM管剛度、強度等力學性能的影響因