内压作用下FRP/钢复合管承载力分析与试验研究
发布时间：2021-02-16 00:03
现今为了满足日益增长的大输送量,输油气管道面临着高压、大口径、远距离运输等工程需求。对于压力管道材料、结构提出了更高的要求,包括更好的受力性、稳定性、耐久性以及考虑其经济性。根据压力管道的特点,既要满足一定的强度、塑性、良好的焊接性与控制裂缝开展的能力,还要保证管道在复杂环境中的防腐性能。纤维复合材料的轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳和易于施工等优点恰好能够弥补单一金属管道的不足。单一的材料无法实现的情况之下,通过材料匹配的复合材料或者复合结构往往能达到这样的目的。目前,非金属管道的研发种类较多,但通过在钢管外壁缠绕纤维复合材料增强钢管形成的纤维复合钢管是有效、便捷且较为经济的解决方式。本文在复合材料相关理论知识与试验研究的基础上,通过复合管道内压试验研究复合管道在内压作用下的破坏模式以及影响因素,进而确定FRP/钢复合管道承载力模型计算公式,为FRP/钢复合管道的设计与计算提供一定的参考。在总结国内外目前油气管道运输上存在的问题以及复合管道的相关研究进展的基础上,本文对FRP/钢复合材料力学性能影响较大的因素进行整理与理论分析。在基于试验的基础上,建立了关于纤维体积含量、钢体积含量与铺设角度...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 FRP/钢复合材料拉伸力学性能的研究现状
1.2.2 FRP/钢复合管道研究现状
1.3 本文研究工作
2 CFRP/钢复合板材单轴拉伸力学性能研究
2.1 引言
2.2 FRP/钢复合材料拉伸试验
2.2.1 试验材料
2.2.2 试件制作及加载
2.3 试验结果分析
2.3.1 破坏模式
2.3.2 钢与CFRP协同受力分析
2.3.3 CFRP/钢复合材料拉伸力学性能影响因素
2.4 本章小结
3 FRP/钢复合材料拉伸本构模型建立
3.1 前言
3.2 FRP/钢复合板材拉伸本构模型理论分析
3.2.1 FRP/钢复合板材弹性模量预测
3.2.2 FRP/钢复合板材宏观拉伸应力-应变模型
3.3 试验值与理论值的对比
3.4 本章小结
4 内压作用下CFRP/钢复合管试验研究
4.1 引言
4.2 复合管道内压承载力计算
4.3 CFRP/钢复合管气压试验研究
4.3.1 试验材料
4.3.2 试验概况
4.3.3 试验结果分析
4.4 本章小结
5 CFRP/钢复合管道承载力数值分析
5.1 引言
5.2 有限元分析计算
5.2.1 采用复合本构有限元模型
5.2.2 采用界面摩擦接触有限元模型
5.3 有限元模型对比分析
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年全球油气管道建设现状及发展趋势[J]. 祝悫智,李秋扬,吴超,赵明华,张斌,张玉志,赵振,张剑锋. 油气储运. 2019(04)
[2]玻璃纤维复合材料修复油气管道表面裂纹的应用[J]. 申梦岭. 塑料助剂. 2018(03)
[3]浅析油气管道技术的现状与发展趋势[J]. 刘钰. 化工管理. 2018(13)
[4]复合材料增强管线钢管的预应力处理及水压试验[J]. 张冬娜,戚东涛,丁楠,邵晓东,魏斌,蔡雪华. 油气储运. 2017(05)
[5]大管径螺旋缠绕高压玻璃钢管缠绕角度对其强度的影响研究[J]. 卢卫卓,郭龙创,周松林,郭利军. 石油管材与仪器. 2016(01)
[6]高压全缠绕复合材料气瓶自紧优化分析[J]. 吴泽敏,宋利滨,马源. 化工机械. 2015(03)
[7]新型钢-连续纤维复合筋增强无砟轨道板及其基本性能研究[J]. 吴刚,杨洋,杨琼东,蒋剑彪,吴智深. 土木工程学报. 2014(10)
[8]油气输送管典型应力状态下的屈服行为研究[J]. 杨锋平,张良,罗金恒,赵新伟,张广利. 工程力学. 2013(11)
[9]非金属复合管在油气长输管道工程中应用的可行性[J]. 黄琳,孙晶,孙鹏,张彦楠. 石油科技论坛. 2013(06)
[10]大容积钢质内胆环向缠绕气瓶标准介绍[J]. 成志钢. 压力容器. 2013(07)
博士论文
[1]FRP-钢板复合材料基本力学性能和耐久性能研究[D]. 李晓瑾.武汉大学 2014
[2]结构新型热固性FRP复合筋及其性能[D]. 张志春.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]变缠绕角纤维螺旋缠绕结构的承载能力分析及最优化设计[D]. 耿沛.天津工业大学 2016
[2]碳纤维布与钢板的粘结机理研究[D]. 刘素丽.武汉大学 2004
本文编号：3035773
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 FRP/钢复合材料拉伸力学性能的研究现状
1.2.2 FRP/钢复合管道研究现状
1.3 本文研究工作
2 CFRP/钢复合板材单轴拉伸力学性能研究
2.1 引言
2.2 FRP/钢复合材料拉伸试验
2.2.1 试验材料
2.2.2 试件制作及加载
2.3 试验结果分析
2.3.1 破坏模式
2.3.2 钢与CFRP协同受力分析
2.3.3 CFRP/钢复合材料拉伸力学性能影响因素
2.4 本章小结
3 FRP/钢复合材料拉伸本构模型建立
3.1 前言
3.2 FRP/钢复合板材拉伸本构模型理论分析
3.2.1 FRP/钢复合板材弹性模量预测
3.2.2 FRP/钢复合板材宏观拉伸应力-应变模型
3.3 试验值与理论值的对比
3.4 本章小结
4 内压作用下CFRP/钢复合管试验研究
4.1 引言
4.2 复合管道内压承载力计算
4.3 CFRP/钢复合管气压试验研究
4.3.1 试验材料
4.3.2 试验概况
4.3.3 试验结果分析
4.4 本章小结
5 CFRP/钢复合管道承载力数值分析
5.1 引言
5.2 有限元分析计算
5.2.1 采用复合本构有限元模型
5.2.2 采用界面摩擦接触有限元模型
5.3 有限元模型对比分析
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年全球油气管道建设现状及发展趋势[J]. 祝悫智,李秋扬,吴超,赵明华,张斌,张玉志,赵振,张剑锋. 油气储运. 2019(04)
[2]玻璃纤维复合材料修复油气管道表面裂纹的应用[J]. 申梦岭. 塑料助剂. 2018(03)
[3]浅析油气管道技术的现状与发展趋势[J]. 刘钰. 化工管理. 2018(13)
[4]复合材料增强管线钢管的预应力处理及水压试验[J]. 张冬娜,戚东涛,丁楠,邵晓东,魏斌,蔡雪华. 油气储运. 2017(05)
[5]大管径螺旋缠绕高压玻璃钢管缠绕角度对其强度的影响研究[J]. 卢卫卓,郭龙创,周松林,郭利军. 石油管材与仪器. 2016(01)
[6]高压全缠绕复合材料气瓶自紧优化分析[J]. 吴泽敏,宋利滨,马源. 化工机械. 2015(03)
[7]新型钢-连续纤维复合筋增强无砟轨道板及其基本性能研究[J]. 吴刚,杨洋,杨琼东,蒋剑彪,吴智深. 土木工程学报. 2014(10)
[8]油气输送管典型应力状态下的屈服行为研究[J]. 杨锋平,张良,罗金恒,赵新伟,张广利. 工程力学. 2013(11)
[9]非金属复合管在油气长输管道工程中应用的可行性[J]. 黄琳,孙晶,孙鹏,张彦楠. 石油科技论坛. 2013(06)
[10]大容积钢质内胆环向缠绕气瓶标准介绍[J]. 成志钢. 压力容器. 2013(07)
博士论文
[1]FRP-钢板复合材料基本力学性能和耐久性能研究[D]. 李晓瑾.武汉大学 2014
[2]结构新型热固性FRP复合筋及其性能[D]. 张志春.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]变缠绕角纤维螺旋缠绕结构的承载能力分析及最优化设计[D]. 耿沛.天津工业大学 2016
[2]碳纤维布与钢板的粘结机理研究[D]. 刘素丽.武汉大学 2004
本文编号：3035773
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