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钢丝缠绕增强塑料复合管的力学性能分析与研究
| 论文题名： | 钢丝缠绕增强塑料复合管的力学性能分析与研究 |
| 关键词： | 钢丝缠绕增强塑料复合管;力学性能;弯曲作用;有限元分析软件 |
| 摘要： | 钢丝缠绕增强塑料复合管(PSP)管道是一种复合管道。热塑性塑料高密度聚乙烯(PE)构成PSP管道的基体部分，高强度钢丝倾角错绕成型的网状骨架则构成PSP管道的增强层，两者之间利用高性能树脂粘结，形成一个整体，起到了很好的复合效果。PSP较为复杂的力学性能正是源于这种独特的结构，而这种结构使得PSP管道不但有钢材、塑料的优点，而且还克服了界面结合力差的缺点。结合PSP管在盘卷运输、铺设安装等环节的具体情况，本文对管道在弯曲作用和冲击作用下的力学性能展开深入研究，内容主要包括以下几个方面: (1)根据PSP管的基本结构，管道的力学模型可分为内层、外层和增强层。另外做出各层材料的简化模型，并提出PSP管道的基本理论假设。 (2)使用ABAQUS（有限元分析软件）建立在弯曲作用下管道的3D有限元模型，找出弯矩-曲率的相应关系。 (3)设计PSP管在弯曲作用下的试验，采用四点弯曲试验方法测得弯曲作用下管道下指定处的位移和加载点的力大小。此外，计算出管道的弯矩大小和弯曲曲率，并对理论分析和有限元数值模拟的精确度进行进一步的验证。 (4)PSP管道在弯曲任意加载过程中的平衡状态方程可由虚功原理求得，然后使用牛顿-拉夫逊方法对非线性方程组求解，最后利用MATLAB编制相应的计算程序，得出弯曲-曲率对应关系。 (5)将有限元、实验、理论方法分别得出的弯矩-曲率关系进行对比，并作一个总结性分析。 (6)利用ABAQUS，进行了敏感性分析分析了钢丝直径、钢丝缠绕角度、钢丝根数、管道厚度、管道直径等因素对管道抗弯曲性能的影响，通过分析各个参数对曲率和最小弯曲半径的影响，归纳并完善曲率和最小弯曲半径的工程计算公式，为管道的设计与应用提供参考。 (7)利用ABAQUS分析分别考虑材料弹塑性、弹性的PSP管和纯PE管在冲击作用下的受力情况，得出冲击力、冲击能量、变形，分析PSP管增强层缠绕钢丝对PSP管冲击的影响。 |
| 作者： | 黄婷 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 白勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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