【摘 要】
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金属管道的防腐补强一直是复合材料领域的关注重点,为满足户外施工作业要求,光固化预浸料已成为补强金属管道的理想材料。但是光固化树脂体系的低粘度难以满足热熔两步法预浸料的制备要求,同时有限元仿真分析能够预测和验证复合材料补强金属管道效果。为此本文设计了光/热协同固化环氧树脂体系,改善树脂的涂膜工艺并实现低温固化。利用有限元软件对复合材料补强金属管道建模分析,实现了内压条件下对补强效果的有效验证,并提出
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金属管道的防腐补强一直是复合材料领域的关注重点,为满足户外施工作业要求,光固化预浸料已成为补强金属管道的理想材料。但是光固化树脂体系的低粘度难以满足热熔两步法预浸料的制备要求,同时有限元仿真分析能够预测和验证复合材料补强金属管道效果。为此本文设计了光/热协同固化环氧树脂体系,改善树脂的涂膜工艺并实现低温固化。利用有限元软件对复合材料补强金属管道建模分析,实现了内压条件下对补强效果的有效验证,并提出了复合材料补强层的损伤失效机理。（1）分别以脂环族环氧（ECC）和双酚F环氧（DGEBF）为基体,丙烯酸酯（TPGDA）为稀释剂,设计EC/TP和DG/TP两种自由基-阳离子型光/热协同固化树脂,研究了树脂涂膜工艺和固化动力学特性。通过DSC分析光照预固化时间对树脂体系粘度和固化度的影响,确立了预固化树脂的常温涂膜工艺以及低温复合工艺。利用非等温DSC确定了树脂体系70℃的初始固化温度,结合Vyazovkin积分法得到的等温固化预测曲线,确定了EC/TP体系的热固化工艺为70℃/8 h,DG/TP体系的热固化工艺为70℃/17 h。采用固化活性更高的EC/TP树脂体系浸渍E-玻璃纤维制备织物预浸料,测试得到了复合材料的力学强度与弹性常数。（2）采用EC/TP织物复合材料补强金属管道,利用ABAQUS有限元软件建立模型,输入测试的复合材料力学参数,评估内压加载下对金属管道的补强效果,并提出复合材料补强层的损伤失效机理。通过应力分析,确定金属管道在13.9 MPa内压下发生屈服,并于20.0 MPa内压下爆破失效,而复合材料补强金属管道的爆破内压为24.0 MPa,提升至未补强管道的120%。通过失效准则判断,环向纤维在内压为22.8 MPa时发生拉伸损伤;刚度退化分析指出,复合材料补强层在纤维的损伤积累下刚度持续退化,并在24.0 MPa内压下产生大面积的纤维断裂,导致复合材料结构的灾难性破坏而失去补强作用。
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