钢丝绳带缠绕增强塑料复合管的强度分析

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钢丝绳带缠绕增强塑料复合管,是以钢丝绳带为增强体,以高密度聚乙烯为基体的新型复合管道。钢丝绳带由高强度钢丝绳和熔融的高密度热塑性塑料制成,通过加热,钢丝绳带分两层正反交错缠绕在高密度聚乙烯芯管上,再覆盖外层塑料层制成。由于钢丝绳带缠绕增强塑料复合管采用钢丝绳作为增强材料,其柔韧性明显优于钢丝缠绕增强塑料复合管及其他钢骨架复合管;采用将钢丝绳先与熔融的塑料制成钢丝带的生产方法,使整个生产工艺得到简化,钢丝绳在复合管中的均匀度大大提高,且具有生产效率高等优点,在诸多领域具有广泛的应用前景。目前,关于钢丝绳带缠绕增强塑料复合管的研究,大多以生产、安装、制造为主,对其强度分析的研究多停留在实验研究和理论计算阶段。为促进s-RTP的发展,提高产品的使用性能、确保其安全使用、运行,需要针对此做大量的实验研究和理论分析。本文采用ANSYS有限元分析的方法对力学性能,展开了系统的理论研究,建立了钢丝绳带缠绕增强塑料复合管的力学模型,对其进行强度分析、参数分析和缺陷分析。本文所作的主要工作如下:(1)分析钢丝绳带缠绕增强塑料复合管的结构特点,建立了钢丝绳带缠绕增强塑料复合管的参数化几何模型;确定钢丝绳和高密度热塑性塑料的强化模型,并通过实验测定相关物性参数;同时确定网格划分方法和边界约束,及加载方案。根据ANSYS对钢丝绳带缠绕增强塑料复合管的模拟结果,并与实验结果比较,验证了简化力学模型和ANSYS计算结果的正确性。(2)在爆破压力下,分析钢丝绳带缠绕增强塑料复合管的位移及钢丝绳的位移-载荷矢量云图;分析复合管在Z方向不同位置处的塑性形变矢量云图;分析在Z方向,中间截面处,复合管的塑性形变曲线,并以此确定复合管的弹性变形极限压力。(3)对钢丝绳带缠绕增强塑料复合管进行单一变量的参数分析,分析了钢丝绳的弹性模量、钢丝绳的根数、复合层的层数以及内、外层塑料的厚度对复合管的爆破压力和弹性变形极限压力的影响。确定影响复合管最主要的因素。(4)对钢丝绳带缠绕增强塑料复合管进行缺陷分析,分析了钢丝绳的单层缺失和双层缺失对复合管性能的影响。并得到了随两种类型的钢丝绳缺陷的变化,复合管的爆破压力和弹性变形极限压力的变化趋势。
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