钢带缠绕预应力模具缠绕层数的确定方法

采用钢带缠绕预应力模具,可有效提高模具的强度、刚度。确定缠绕层数是设计钢带缠绕预应力模具的关键问题之一,对建立缠绕张力计算公式具有重要作用。文章将缠绕对象简化为厚壁圆筒,基于拉美公式和强度理论等,建立了钢带预应力缠绕模具的缠绕层数确定方法。通过VC++设计了用户计算应用程序,实现了缠绕层数的自动计算。通过3个实际算例,分别比较了缠绕模具与组合预应力环模具的外形尺寸;脆性材料模芯与塑性材料模芯缠绕层数;塑性材料模芯的缠绕层数随其许用强度的增加的变化规律。其结果表明,该文建立的钢带缠绕预应力模具缠绕层数确定方法是可行的,钢带预应力模具具有比组合模具更为优越的性能。

横向压溃载荷下碳纤维缠绕薄壁钢管的失效分析

采用三点弯曲试验和仿真相结合的方法分析了碳纤维增强复合材料(CFRP)缠绕钢(Steel)圆管在横向准静态载荷下的弯曲破坏行为。选取五种缠绕层数或顺序不同的Steel/CFRP混合管分析其受弯失效历程、失效模式以及吸能特性。结果表明:各混合管受横向载荷的失效历程基本与纯钢管保持一致,失效模式由钢管的稳定塌陷模式所主导,但纤维缠绕方式不同,失效形貌略有差异。在混合管的吸能特性方面,随着缠绕层数的增加,混合管的比吸能逐渐增大;±45°纤维的缠绕顺序分布对于其吸能特性影响较显著。相比增加缠绕层数而言,合理的缠绕顺序设计可以实现更好的吸能特性提升,其中Steel/CFRP[±45°/90°/90°] 2 的混合管比吸能最好,比纯钢管提高了41.37%。在此基础上,采用与试验一致性较好的有限元模型分析了混合管复合材料各层受载作用下的Von-Mises应力分布,证明了不同缠绕角度对于应力承担量的不同作用,为改进纤维缠绕方式提供了依据。

深海玻纤增强柔性管截面结构设计及强度分析

在深海石油开采中,使用传统的钢制管道作为海底管道和立管,存在耐腐蚀性差、重量大以及柔性小等不足。热塑性玻纤增强柔性管具有重量轻、强度高、柔性好以及耐腐蚀性强等优点,逐步成为海洋管道发展的趋势。针对南海500 m海深油井使用玻纤增强柔性管进行增强层截面结构设计,依据DNVGL-RP-F119规范和美国船级社相关规范,针对柔性管增强层缠绕角度及缠绕层数,依据经验建立±30°~±75°缠绕角度和20层~40层缠绕层数的组合模型。利用ABAQUS有限元软件进行30 MPa内压、60 t拉力和5 MPa外压三种载荷工况下的强度分析,得到满足上述载荷工况的最优缠绕角度为±60°;再进行90MPa爆破压力及拉伸与外压组合工况下的强度校核,最后得到能够满足技术指标要求的增强层最优缠绕角度为±60°和最少缠绕层数为36层。

外压作用下玻纤增强柔性管本构模型

为探讨外压工况下玻纤增强柔性管的应力应变关系,本文建立了外压工况下的玻纤增强柔性管本构模型。根据轴对称载荷下的管道位移场函数,基于三维缠绕厚壁圆筒原理,考虑了热塑性材料非线性,并且引入了玻纤增强柔性管变形引起的缠绕角度变化。将数值模拟计算结果与有限元模型结果进行了对比分析,在此基础上分析了缠绕角度和缠绕层数对玻纤增强柔性管力学性能的影响。结果表明:有限元计算结果与数值模拟结果吻合较好,增强层作为承压层应力值(纤维纵向应力、垂直于纤维方向的横向应力、纤维/基体剪切应力)最大。缠绕角度对不同方向上的承压能力影响不同,随着缠绕角增加可以更好地发挥纤维的承载能力。缠绕层数的增加,玻纤增强柔性管各方向承压能力呈现非线性增长。

单绳缠绕式提升机绳槽旋向与钢丝绳选型的设计规则

介绍了单绳缠绕式提升机钢丝绳捻向、在卷筒上的缠绕和出绳方向,并提供简单判别规则;特别介绍了左装布置或右装布置的提升机的出绳方向规则;明确了单筒缠绕式和双筒缠绕式提升机的钢丝绳绳头的固定位置;指明了钢丝绳绳头的固定位置与缠绕层数的关系。了解和掌握上述各种规则,可帮助用户与生产厂家之间的技术沟通,以便选择合适的钢丝绳,保证钢丝绳使用效果。