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深海系缆中纤维及复丝的力学性能实验研究
| 论文题名： | 深海系缆中纤维及复丝的力学性能实验研究 |
| 关键词： | 深海系泊;系缆纤维;编织结构;材料力学 |
| 摘要： | 随着海上大型系泊系统在海洋资源开采工程中的大量应用,系泊系统的设计和结构稳定性成为专家们越来越关心的问题。针对深海系缆的编制结构,可以把深海系缆进行拆分:纤维,复丝(很多平行纤维束),单小股(由复丝平行捻制而成),大股(由单小股平行捻制而成),绳(由大股平行捻制而成),由多根绳构成系缆。因此缆绳的力学性能是由单小股和大股本身的力学性能和捻制结构决定的。而单小股的力学性能又是由纤维和复丝本身的力学性能和捻制结构决定的。研究纤维及复丝的力学性能,对单小股、大股、绳乃至系缆的力学性能的研究有根本的作用,从而具有重要的研究价值。 本文对构成系缆的纤维进行了拉伸强度性能实验研究。由于纤维本身存在承受拉力微小、变形很大等特点,针对该实验,自主研制了小拉力.大变形拉伸实验装置。由于纤维直径在微米量级(平均40μm),选择了显微镜下测量直径。实验得到了拉伸强度特性曲线的三个阶段及纤维屈服强度、破断强度、初始弹性模量等性能指标。总结规律,得到纤维的初始模量受加载速率因素的影响不大,基本为一常数值。随加载速率增大,纤维破断强度减小,并逐渐趋于一稳定值,并且拟合公式得到,破断强度∝1／√加载速率。通过电子显微镜观测了纤维的拉伸断面形态,并定性的分析了其成因。拉伸断面形态受拉伸速度的影响很大。拉伸速度越快,纤维发热量越大,纤维断面受热能的影响越大,表面屈曲状态越严重。对纤维的蠕变性能也进行了实验研究,得到了纤维的典型蠕变曲线。分析了纤维蠕变的减速、匀速这两个典型阶段。总结出随应力增大,蠕变速率加快；且应力水平越高,现象越明显。而后,拟合得到对数形式的纤维蠕变函数ε=ε0+θ1(lg(t)1+θt,为估算其服役寿命提供了依据。对复丝进行了拉伸实验,指出其应力.应变曲线包括,弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段,并从纤维分子结构的角度定性的分析了复丝的拉伸机理。通过纤维的强度性能参数对复丝的强度性能参数进行了预测。提出复丝的真实截面积和实验测得的截面积并不相等,给出比值κ2=π／2√3≈0.9069,并建立了相关公式。最后,用复丝的预测值和实验值进行对比分析,考察公式的误差范围,为推算深海系缆整绳的力学性能指标,提供了有效的前提和必要的基础。 |
| 作者： | 李水姣 |
| 专业： | 固体力学 |
| 导师： | 李林安 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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