钢丝缠绕增强塑料复合管短期爆破压力试验研究

采用力平衡法推导出钢丝缠绕增强塑料复合管常温下短期爆破压力计算公式。开展复合管短期爆破压力试验研究,得到20种型号复合管短期爆破压力试验结果。计算值与实验值相对误差在-11．9％-7．4％内,相对误差平均值为-1．5％。结果表明,所推导的公式具有较高的计算精度,能准确预测钢丝缠绕增强塑料复合管短期爆破压力,用于强度优化设计。

钢丝缠绕增强塑料复合管力学性能的试验研究

对钢丝缠绕增强塑料复合管的短期爆破压力、应变、临界失稳压力和不同温度下的失效形式等进行了系统的试验研究。结果表明,与相同规格尺寸的PE管相比,其短期爆破压力、环向刚度和临界失稳压力分别提高了 129％、19％和57％;在内压作用下这种复合管有韧性破坏和过度变形两种失效模式,温度低于45℃时为韧性破坏,温度高于45℃时为过度变形;在相同压力下仅受径向内压作用时这种复合管的径向膨胀率明显高于径向轴向同时受力时的径向膨胀率。

钢丝缠绕增强塑料复合管的应力分析

将钢丝缠绕增强塑料复合管(PSP管)简化为内层、复合层、外层三层结构组成的力学模型,其中复合层由内外两层单层板组成。采用串并联模型确定单层板弹性参数,通过正交各向异性材料三维弹性理论推导出各层界面上接触压力与轴向力的方程组,进而得到PSP管各层在内压、外压和轴向力联合作用下的应力及应变计算公式。实验结果表明：随着内压载荷的增加,PSP管环向应变与轴向应变均呈上升趋势,理论值与实验结果较为一致,所建模型可用于预测PSP管应力和应变。

钢丝缠绕增强塑料复合管外压失稳试验研究

为获取钢丝缠绕增强塑料复合管(PSP)的失稳特性,同时为相关国家标准的制订提供基础数据和参考,进行了一系列试验研究。通过设计专用的外液压试验装置和真空试验装置,分别进行了瞬时失稳和蠕变失稳试验,获取PSP 的瞬时临界失稳压力,验证提高其瞬时临界失稳压力的方法,得到 PSP 在不同压力载荷作用下不圆度-时间、载荷-临界失稳时间关系曲线。结果表明,与同直径、同壁厚的高密度聚乙烯管相比,公称直径为250 mm、钢丝直径为1.2 mm、钢丝根数为200根的 PSP 临界失稳压力提高了33.3%;公称压力为1.6 MPa 的 PSP,当管径由160 mm 增至226 mm 时,其瞬时临界失稳压力由0.62 MPa 迅速降至0.34 SPa,而当管径继续增至402.3 mm 时,其瞬时临界失稳压力变化缓慢,仅由0.34 MPa 降至0.25 MPa;PSP 失稳呈现出时间相关特性,在低于瞬时临界失稳压力的外压载荷作用下,经过一段时间可能发生失稳,其耐压时间随载荷的增大而缩短。

钢丝缠绕增强塑料复合管外压失稳数值模拟

关于钢丝缠绕增强塑料复合管(PSP)外压失稳的试验和理论分别在"钢丝缠绕增强塑料复合管外压失稳试验研究"和"钢丝缠绕增强塑料复合管外压失稳理论分析"中进行了详细的研究。由于失稳分析属于非线性、大变形问题,而对含初始几何缺陷 PSP 的稳定性进行理论计算更为复杂,本文基于大型有限元软件 ANSYS,采用特征值法和非线性法对 PSP 在外压载荷作用下的力学响应进行数值模拟,分别得到复合管的临界失稳压力和失稳模态;基准模型经特征值法分析得到临界失稳压力为0.97 MPa,经非线性法分析得到临界失稳压力为0.83 MPa;分析了边界支持和初始缺陷对复合管外压稳定性的影响,得到临界失稳压力和波纹数随长径比的变化关系。

钢丝缠绕增强塑料复合管外压失稳理论分析

钢丝缠绕增强塑料复合管(PSP)外压失稳试验研究提出了 PSP 外液压试验装置和试验方法,并进行了 PSP瞬时临界失稳压力和长时蠕变失稳压力的测量。为了进一步理解 PSP 的失稳现象和失稳的力学机理,提出了一个PSP 失稳压力预测力学模型,将 PSP 简化为四层正交各向异性层合管,用回字形模型推导出复合层弹性常数,根据唐奈扁壳理论建立 PSP 瞬时失稳临界压力力学模型。理论结果与试验值吻合较好,表明给出的计算模型可以较好预测复合管的失稳临界压力。进一步分析 PSP 设计参数与临界压力的关系,提出提高 PSP 失稳临界压力的措施。最后对 PSP 持久临界失稳压力进行了估算。