含苯并咪唑结构双马来酰亚胺的合成与表征

针对结构复合材料高耐温等级的应用需求,从改善双马来酰亚胺(BMI)树脂基体性能出发,采用分子设计的方法,将刚性苯并咪唑环结构引入单体主链中,以共沸甲苯法合成出含单苯并咪唑结构双马来酰亚胺单体(BZ-BMI)和含邻苯并咪唑结构双马来酰亚胺单体(OBZ-BMI)。采用核磁共振氢谱与傅里叶变换红外(FTIR)光谱对中间产物和目标产物的结构进行表征。采用差示扫描量热(DSC)法和热重(TG)分析法研究了单体的固化行为及固化物的热稳定性。DSC曲线结果表明,BZ-BMI与OBZ-BMI在210~370℃温度范围内进行交联固化,其固化行为受链段长度、分子结构规整性与相互作用力影响较大;同时,结合DSC曲线确定了单体的固化工艺为200℃/2 h+250℃/2 h+330℃/6 h;FTIR分析表明此工艺可以完全固化。TG分析表明,其热分解温度与二苯甲烷型双马来酰亚胺(BDM)相当,而P(BZ-BMI)与P(OBZ-BMI)在800℃下残炭率分别为74.7%与70.4%,远高于P(BDM)的测试值(48.3%),说明苯并咪唑结构的引入有效提高了BMI的耐热阻燃性能;OBZ-BMI共聚改性体系保持了优异的力学性能,较传统二烯丙基双酚A改性BMI体系的冲击强度提高了20%,拓宽了BMI在耐高温树脂基结构复材领域的应用范围。

一种适用于水下井口力学分析的新型砂土p-y模型

深水海底浅层土壤是影响水下井口系统动态响应的重要因素,对井口系统的疲劳评估至关重要。目前水下井口动态分析时常采用API推荐的p-y模型模拟导管—土壤相互作用,但该模型没有考虑水下防喷器组(Blowout Preventors,简称BOPs)竖向重载对管土交互的影响,导致水下井口动态分析存在较大计算误差。为此,首先根据常规和新型p-y曲线的理论模型进行数值计算,然后采用ABAQUS软件建立实尺寸水下井口管土相互作用模型,加载计算得到BOPs重载下导管变形—土壤抗力仿真结果并与理论模型进行对比,最后采用缩尺土箱实验验证新型p-y模型在水下井口动态响应分析的正确性。研究结果表明:①采用新型p-y模型得到的导管弯矩、土抗力等数值计算结果与ABAQUS仿真和缩尺实验均吻合良好;②相对于常规管土模型,采用新p-y模型得到的水下井口弯矩、位移响应幅值等降低15%左右,得到的导管弯矩、位移响应幅值等降低幅度介于25%~30%;③新型砂土p-y模型充分考虑了BOPs竖向重载对管土相互作用的影响,在隔水管—水下井口系统力学分析中具有更好的适用性。结论认为,考虑到BOPs竖向重载对管土交互的影响,通过数值模拟及缩尺试验研究了新型p-y模型,并验证了其适应性,新模型有效提高了水下井口疲劳载荷计算的准确性,为水下井口系统疲劳评估提供了理论计算依据,为深海油气的开发提供了保障。