FRP组合结构在防护工程中的应用研究

设计一种由玻璃钢管混凝土制作的新型抗冲击、抗爆炸的防护构件 ;分析了该新型防护构件的性能。研究表明 ,该构件既提高了混凝土的抗压强度 ,又提高了混凝土的延性 ,从而提高了其抗侵彻的能力。最后 ,利用LS -DYNA软件进行了数值仿真 ,结果表明 ,所设计的防护结构的抗侵彻能力比普通混凝土构筑的防护结构有很大提高。

声发射技术五十年(1961-2011)

文章对过去50年笔者所涉及的一些声发射项目做了回顾。笔者的声发射生涯是从检验玻璃环氧树脂圆柱形压力容器的剩余强度开始的,然后很快地延伸到了其它的很多材料、制品和结构中去。笔者在文中会介绍尽量多的信息,诸如:非金属和金属压力容器、影响声发射的因素、变型模式的识别、降噪技术、地上储罐泄漏探测、结合AE与UT、木材颗粒板的声-超声检验、飞行中飞机结构的监测以及葡萄科植物的缺水探测等。

含裂纹油气管道CFRP修复数值研究

裂纹缺陷引发的管道强度下降是埋地油气管道的主要事故原因之一,而高强度、高模量、耐腐蚀的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)可以很好地缠绕修复缺陷管段。针对有/无CFRP修复20钢含矩形裂纹缺陷管道,采用ANSYS有限元软件模拟内压载荷作用下含裂纹管道修复前后的响应过程,分析了裂纹角度、裂纹长度、裂纹深度、修复长度及修复厚度等参数对含裂纹管道强度的影响规律。研究表明,含裂纹管道的最大Mises等效应力随着裂纹与管道轴向夹角的减小、裂纹长度和深度的增大而增大,内压的增大加剧了缺陷参数对管道强度的影响程度。在工程中要严格控制裂纹在深度和长度方向的扩展,在内部减压后再维修含裂纹管道。CFRP修复厚度是修复后含裂纹管道强度的主要影响因素,随着修复厚度一定程度的增大,含裂纹管道最大Mises等效应力呈线性下降。

复合管内径壁厚比对导波速度的影响

文章分析了复合管材中超声纵向较低阶导波模式的频散特性,在一般的弹性动力学运动方程的基础上,讨论了内径 壁厚比对导波传播速度的影响。结果表明:当材料和频厚积一定时,复合管材中导波的速度只与内径 壁厚比有关;当内径 壁厚比和频厚积较小时,内径 壁厚比的变化对低阶导波模式的传播速度有较大的影响,但随内径 壁厚比和频厚积的增加,这种影响将减小。

交通载荷作用下埋地含缺陷玻璃钢管道力学行为研究

为分析含缺陷玻璃钢管道在交通载荷作用下的力学行为,基于ABAQUS有限元软件建立了含不同形状缺陷管道模型和不同埋深管土模型,研究了不同埋深、不同载荷及缺陷深度对管道不同层中截面沿环向应力分布规律的影响。结果表明,无缺陷管道各层应力分布均匀,含缺陷管道内区域层应力沿管材缠绕方向集中于缺陷对称角处;管道仅含轴向缺陷时管体应力峰值与应力突变幅度最大;缺陷相对深度对管道应力峰值影响较大。

海上平台导管架腿柱结构强度和稳定性分析

根据南海北部大陆西区气田的分布情况,为更经济和绿色地增加气田的产量,需要新增立管连接2个气田平台。以支撑平台导管架的腿柱结构为研究对象,采用7套复合材料背负式管卡安装立管,并考虑腿柱实际受载工况,分析当管卡在不同位置时导管架腿柱结构强度和屈曲稳定性。借助所构建的SACS计算模型,验证在水深88 m下,采用7套复合材料背负式管卡时,海洋平台导管架腿柱结构的安全性和可靠性,为在相同工作环境下平台腿柱结构的设计提供参考。

Performance Quality Testing under Combined Loading of Polyethylene Pipes Reinforced with Aramid Fiber

This paper presents the results of the performance quality testing of polyethylene pipes reinforced with aramid fibers, intended for applications such as discharging and gathering oil pipelines, and describes the test rig specifically designed for this purpose. The pipe specimens are submitted to impact with a device that simulates the collision of a pickaxe, and of a backhoe loader. After the impact, the pipes are tested under combined loading comprising internal pressure, and transverse loading; some pipe specimens without previous impact are tested as well. The results show that the reinforced thermoplastic pipes can fully withstand maximal operating pressure levels in the presence of damage and additional transverse loading.

纤维增强热塑性复合管疲劳性能研究

纤维增强热塑性复合管(FRTP)由于较小的弯曲刚度、较轻的自身质量和良好的抗腐蚀性能等优点,在海洋工程领域具有广阔的应用前景。本文以FRTP为研究对象,首先通过开展拉-拉单轴疲劳实验得到S-N曲线,并基于剩余刚度理论确定FRTP刚度衰减模型。通过Abaqus有限元软件建立FRTP三维有限元模型,利用Fortran语言编写UMAT子程序模拟其在σmax=80%σs、65%σs、55%σs、40%σs等4种应力水平疲劳荷载下的疲劳过程。从应变和变形两方面进行疲劳分析,基于刚度衰减模型对60%σs应力水平疲劳荷载下的FRTP疲劳过程进行预测。结果表明管道刚度随着荷载循环周次的增加而逐渐衰减,在疲劳寿命前期,荷载应力水平越高,刚度衰减越快。

纤维复合材料在调水工程长输管道中的应用

调水工程长距离输水管道的材料选择,对工程成本和输水线路的安全有着重要影响。纤维复合材料具有轻质高强、内壁光滑、耐腐蚀性好等特点,正逐步应用在输水管道中。文章分析了影响长距离输水管道材料选择的主要因素,介绍了钢管、球墨铸铁管、混凝土管等传统输水管道的材料特性,阐述了纤维复合材料在输水管道中的应用,重点分析了玻璃钢夹砂管的发展和特点,最后对纤维复合材料输水管道在产品升级、施工技术、安全防护和质量管理四个方面的发展进行了展望。

玄武岩纤维缠绕成型管道的损伤及承载能力研究

玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced composite, BFRP)具有耐腐蚀性强、比强度高、环保等优点,正确评价BFRP管道性能的可靠性和承载能力是将其应用于高附加值的油气输送领域的基础。对于玄武岩纤维(basalt fiber, BF)缠绕成型的复合材料管道,首先在细观尺度上获得浸胶纤维束的强度。然后,沿着管道的轴向和环向分别截取试件,测量了两种试件的拉伸强度;基于试验结果和有限元模拟,研究了管壁结构层在拉伸、压缩以及剪切载荷作用下的损伤演化,得到结构层的宏观本构模型。最后,建立了BF缠绕成型管道的有限元模型,研究纤维性能离散对管道承载能力的影响。结果表明,纤维有效含量对管道承载能力的影响很大,从纤维生产和管道成型工艺等方面降低纤维增强作用的离散性对于准确预测管道的承载可靠性,推动BF复合材料在油气管道领域的应用至关重要。

环焊缝缺陷复合材料修复结构的抗弯性能分析

为了研究复合材料修复方法对环焊缝缺陷抗弯曲载荷的修复效果,采用低氢焊条手工电弧焊(SMAW)+自保护药芯焊丝半自动焊(FCAW)焊接工艺制备了X80钢级管道(管径1016 mm,壁厚18.4 mm)环焊缝,采用电火花(EDM)加工了双台阶环焊缝根部裂纹(长度350 mm,深度9 mm),并采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARI)制备了性能优异的E级高强双向玻璃纤维织物+环氧树脂的复合材料修复结构,开展了全尺寸四点弯曲试验,对比了修复前后含缺陷环焊缝的弯曲载荷抗力。结果表明:试验所用复合材料修复结构(厚度40 mm,长度1000 mm)提升环焊缝的抗弯曲载荷能力约为管材实测屈服强度的21%,对含缺陷环焊缝的抗弯曲能力提升有限。研究结果对于指导环焊缝缺陷修复策略的制定具有借鉴意义。

榆林—济南天然气管道缺陷复合材料修复设计

目前国内尚无完善的设计规范和标准来指导对缺陷管道进行复合材料补强设计。国外较常见的设计方法是依托管道剩余强度评价,使用等效强度方法进行补强。为此,根据碳纤维复合材料管道修复补强技术原理和设计方法,提出了模拟管道壁厚完全损失的保守设计方法。应用该方法对榆林—济南天然气管道进行了碳纤维复合材料缠绕补强修复和防腐作业,采用绝缘材料进行垫底处理,彻底杜绝了电偶腐蚀的可能性,修复后管道恢复正常运行压力,补强效果良好,确保了补强设计的安全有效性。

自动化机械在复合材料变径管道打磨中的应用

变径管道是复合材料加工中常见的工件,其生产需要进行打磨,以确保表面光滑度和精度。传统的人工打磨方式效率低下,精度不高,劳动强度大,采用自动化机械进行复合材料变径管道打磨,对打磨技术、自动化机械、复合材料和变径管道进行分析,对比手工打磨和自动化机械打磨效果发现自动化机械打磨具有更高的效率和一致性,能够提高生产效率和产品质量。设计了一个基于PLC控制系统的自动化机械系统,实现了复合材料变径管道的自动化打磨。实验表明,该系统能够有效提高打磨效率,保证打磨精度,减少人力成本,提高生产效率。

大口径复合材料顶管接头应力分布模拟仿真

为探索大口径复合材料顶管接头应力分布规律,以武汉邓西220 kV输变电工程为背景,采用包含混凝土、凝胶材料、掺合料、细骨料、化学增强剂和超细金属纤维的大口径复合材料顶管,并应用Midas/FEA仿真软件建立顶管接头有限元数值模型,模拟不同加载条件观察接头处应力分布情况。结果表明,顶管接头内外表面上的轴向与环向应力分布水平极为相似,且内表面的轴向应力峰值略低于外表面,环向应力峰值则高于内表面。随着管壁厚度的增加,顶管接头径向应力表现出两端压中间拉的变化特点。顶管接头应力分布具有不均匀特点,距离接头中心位置越远应力变化越小。

特殊条件下复合钢围堰施工技术研究

在已有研究基础上,针对钢板桩应用广泛但刚度较低、锁扣钢管桩刚度高但经济性差及止水难度大的特点,结合工程实例,针对围堰结构距水管过近、承台基坑较深且面积较大、河床地质结构复杂等特殊条件,对施工方案进行优化研究,创新性提出了钢管桩、钢板桩组合“8”字形围堰施工的技术。采用围堰钢管桩精确定位方法,开创性解决了围堰锁扣钢管桩间距控制难度大的问题;锁口内采用50%石粉+25%腻子粉+20%锯末+5%水泥的集配材料进行拌和填充,成功解决了钢管桩渗水问题;采用钢管桩、钢板桩接合“8”字型围堰的设计,大幅节省了钢管桩用量且克服了小间距承台围堰结构打架的难题,极大地提升了经济性与施工便捷性。该技术在东晓南路-广州南站连接线南段某工程中得到成功应用,各项指标合格率均为100%,取得了良好的经济效益,具有较好的推广与应用价值。

瞬时液相扩散连接的双温工艺模型

在开发T91钢管瞬时液相扩散连接工艺的过程中,提出了一种新的TLP连接工艺模型,在等温凝固前先进行短时高温加热,然后再降低到连接温度进行等温凝固,等温凝固温度低于传统工艺的温度。研究表明,新工艺连接的组织和性能都优于传统的工艺,得到了无焊缝的理想组织。新工艺温度参数:1270℃加热0.5min,1230℃保温3min,传统工艺温度参数:1250℃保温3min。

采用矩阵束方法的复合材料圆管周向导波频散数据获取

基于矩阵束算法,提出了一种从弧形阵列采集数据中获取复合材料圆管多模态周向导波频散数据的方法。首先根据留数定理,给出了频率域导波响应信号的多模态周向导波叠加公式,构建了阵列导波信号的Hankel矩阵;然后通过求解Hankel矩阵的广义特征值获取了导波的频散数据,给出了综合利用正向和反向接收弧形阵列处理结果降低频散数据中噪声的方法;最后,设计了碳纤维复合材料圆管中周向传播导波信号的测量实验,利用矩阵束方法获取了圆管周向导波的频散数据,并与采用半解析有限元方法模拟的理论频散曲线进行了对比分析。理论频散曲线与实验数据吻合良好,表明该方法具有很强的鲁棒性,即使采用空气耦合换能器作为发射接收阵列,也可以有效地从弧形阵列波形信号中获取周向导波的频散数据。

多管火箭炮定向管的多目标优化及多属性决策研究

针对某多管火箭炮(MRLS)复合材料定向管的结构设计指标,根据有限元分析方法和优化设计方法,以复合材料定向管的复合铺层厚度、铺层角度及定向管中定位部的位置为优化设计变量,定义定向管固有频率和定向管质量为优化目标,结合有限元数值计算结果,采用改进非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),建立了复合材料定向管的多目标优化模型。通过优化求解,得到帕雷托(Pareto)最优解,并由这些Pareto最优解构成决策矩阵,利用客观赋权的信息熵法计算各属性的权值,并运用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)进行了多属性决策研究(MADM),对Pareto最优解作了排序。引入比刚度结构效能对比分析优化前后的定向管性能,表明对定向管的优化设计是有效的。

聚乙烯管材内衬材料耐介质性能研究

采用万能力学试验机、维卡软化温度测定仪、差示扫描量热仪、傅立叶红外光谱分析仪(FTIR)等设备,对比分析了聚乙烯管材内衬材料PE100在油田采出水模拟液中浸泡1080 h后的拉伸性能、热变形性能、结晶熔融性能和分子结构变化。结果表明:PE 100聚乙烯材料在介质浸泡试验后,溶液介质小分子向PE100内部渗透致使塑料材料溶胀,引发分子链断裂,导致其拉伸性能、抗热变形性能、结晶度、熔融温度均明显下降,其拉伸强度下降23.47%;屈服强度下降20.66%,断裂伸长率下降25.27%,维卡软化温度衰减13.15%,熔融温度由134.05℃降至128.36℃,结晶度下降3.24%。

相变蓄热复合传热强化技术综述

相变材料(PCM)通过在相变过程中吸热或放热实现热能的存储与释放。相变材料在热能存储和热管理领域凭借其相变区间温度稳定、储能密度大受到了广泛认可。然而,相变材料普遍存在热导率低的问题,需要结合传热强化技术进行改善。在采用某一种强化技术的基础上,两种或多种传热强化技术相组合的“复合强化技术”成为目前传热强化与相变蓄热性能改善的研究热点。本文通过对相关文献的分析,综述了目前复合传热强化技术的研究进展,包括以翅片为基础,分别结合热管、纳米颗粒、多孔材料和梯级蓄热,以及多孔材料结合热管、纳米材料和梯级蓄热等多种复合方式。分析表明:通过将热管与翅片或多孔材料混合使用,可以达到传热强化最佳效果;纳米颗粒与翅片或多孔材料的混合使用比同等条件下单独使用纳米颗粒更有效;采用梯级蓄热与翅片或多孔材料相结合相较于单独采用梯级蓄热具有更快的蓄/放热速率和更加均匀的换热流体出口温度。建议对其他可能的复合传热增强技术进行深入研究,并通过实验验证、优化蓄热系统的结构设计和具体参数探讨对蓄热性能的影响。