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在工程领域有广泛应用的钢丝编织高压胶管的强度和稳定性,对工程安全和质量起着极为重要的作用。本文以钢丝编织三层高压胶管为研究对象,基于三层纤维加强橡胶复合材料圆筒模型,应用连续介质力学有限变形基本理论,不可压超弹性理论和非线性动力学理论,研究胶管的变形或运动、应力分布或应力变化规律及破坏。
首先应用连续介质力学有限变形基本理论和不可压超弹性理论给出了内压、轴向拉伸和扭转联合作用下高压胶管的变形与外加载荷间的微分关系,通过数值计算给出了胶管的变形曲线、应力分布和应力变化规律,讨论了正常及非正常情况下胶管变形的稳定性,通过胶管破坏时的爆破压力分析了胶管的强度,并讨论了轴向拉伸、扭转、纤维强度及分布角度等因素对胶管的变形、应力分布及爆破压力的影响。结果表明钢丝的强度直接影响到高压胶管的整体强度和稳定性,轴向伸长和扭转对胶管的变形和破裂也有一定影响。
其次应用连续介质力学有限变形基本理论和非线性动力学理论给出了突加恒值内压作用下高压胶管的运动微分方程,通过数值计算给出了胶管运动的最大振幅与突加内压的关系曲线、运动的相图,并讨论了纤维强度及分布角度等因素对胶管的运动的影响。结果表明突加恒值内压作用下高压胶管的运动为周期运动,且此时的爆破压力小于静载情况下的爆破压力。
最后数值求解了周期性内压作用下胶管的运动微分方程,给出了胶管运动的时程曲线、频谱图、相图和庞加莱截面图,讨论了不同周期载荷值对胶管运动的影响,分析了导致胶管不稳定的主要因素。结果表明周期性内压作用下高压胶管的运动为拟周期运动,周期载荷的频率及名义载荷对胶管的运动有决定性影响。本文的模型能为高压胶管的设计、选用及正确使用提供一定的参考。