低速横向冲击荷载下CFRP加固钢管性能研究

发布时间：2017-06-11 04:06

  本文关键词：低速横向冲击荷载下CFRP加固钢管性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钢制管道作为常见的运输方式,广泛应用于石油、天然气等的输送,在服役期间,不可避免会遭受腐蚀、撞击、爆炸等外部环境及荷载作用,造成管道各种不同的缺陷和损伤,进而引发重大安全事故,造成财产损失和人员伤亡。为了避免事故的发生和保证管道安全运行,FRP加固钢管构件作为一种新的加固技术被国内外专家学者广泛关注。本文研究了CFRP加固钢板的界面粘结性能,开展了静力作用下CFRP加固钢管的数值模拟,通过试验和数值模拟研究了落锤低速冲击作用下FRP加固圆钢管的破坏情况。具体研究内容总结如下：(1)开展了单剪试验结果的数值模拟验证,界面模拟采用双线性模型,得到了试件的界面剪应力-滑移曲线和荷载-位移曲线,经分析比较,试验结果与模拟结果吻合较好。讨论了CFRP长度、粘结剂厚度以及界面断裂能对粘结效果的影响。(2)开展了CFRP加固缺陷钢管在静力受拉和受弯情况下的数值模拟,得到了加固前后钢管的应力结果,对加固效果进行了评估,对内压、外部荷载及加固厚度等参数进行了分析。(3)开展了CFRP加固圆钢管的低速横向冲击试验,对全过程冲击力的变化进行了数据采集,并得到了不同情况下复合管道的破坏模式。对CFRP加固圆钢管冲击过程进行了数值模拟,获得了冲击荷载下管道沿轴向的整体挠度变形和局部凹陷变形,讨论了CFRP粘贴层数、冲击速度以及管道缺陷等因素的影响。
【关键词】：CFRP 界面粘结性能 粘结应力-滑移曲线 低速冲击
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U173.1
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-8
• ABSTRACT8-12
• 第1章 绪论12-25
• 1.1 研究背景12-15
• 1.2 FRP加固钢结构研究现状15-18
• 1.2.1 FRP加固钢梁、板、柱15-17
• 1.2.2 FRP加固钢管17-18
• 1.3 FRP与钢的界面粘结性能18-24
• 1.3.1 界面粘结性能18-23
• 1.3.2 缺陷影响分析23-24
• 1.4 本文研究内容24-25
• 第2章 CFRP与钢板的界面本构模型25-40
• 2.1 界面粘结机理及破坏模式25-26
• 2.1.1 粘结机理25-26
• 2.1.2 CFRP与钢板粘结的破坏类型26
• 2.2 界面理论分析方法26-30
• 2.2.1 计算模型26-27
• 2.2.2 基本假设27
• 2.2.3 粘结界面应力理论分析27-30
• 2.3 界面本构模型30-32
• 2.3.1 局部粘结剪应力-滑移曲线30
• 2.3.2 局部粘结-滑移模型30-32
• 2.3.3 ABAQUS内聚力单元32
• 2.4 FRP-钢板的数值分析验证32-39
• 2.4.1 试验模型32-33
• 2.4.2 数值模拟33-34
• 2.4.3 有限元数值模型验证34
• 2.4.4 CFRP应力应变比较34-35
• 2.4.5 粘结失效模型35-38
• 2.4.6 参数分析38-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 静载下CFRP加固钢管数值模拟40-48
• 3.1 引言40
• 3.2 CFRP加固管道的轴拉数值模拟40-44
• 3.2.1 有限元模型建立40-41
• 3.2.2 模拟结果的分析41-43
• 3.2.3 影响因素43-44
• 3.3 管道的受弯数值模拟及加固效果44-47
• 3.3.1 有限元建模44
• 3.3.2 模拟结果对比及分析44-46
• 3.3.3 影响因素46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 低速冲击荷载下CFRP加固圆钢管分析48-65
• 4.1 引言48
• 4.2 试验方案48-52
• 4.2.1 试验材料48-49
• 4.2.2 试验材料处理49-50
• 4.2.3 试件制作程序50
• 4.2.4 试件设计50-51
• 4.2.5 试验装置51-52
• 4.3 试验结果及分析52-55
• 4.3.1 冲击力时程曲线52-53
• 4.3.2 试件的破坏特征53-55
• 4.4 材料模型及参数55-57
• 4.4.1 Johnson-cook模型55-56
• 4.4.2 CFRP的破坏模型56
• 4.4.3 材料参数56-57
• 4.5 有限元建模57-62
• 4.5.1 网格划分57-58
• 4.5.2 定义冲击接触58
• 4.5.3 冲击过程及破坏模式58-62
• 4.6 参数分析62-64
• 4.6.1 CFRP厚度62-63
• 4.6.2 锤头冲击速度63
• 4.6.3 缺陷影响63-64
• 4.7 本章小结64-65
• 第5章 结论与展望65-67
• 5.1 结论65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-74
• 作者简介74

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