復合材料纏繞補強是一種有效的管道缺陷修復技術,復合材料漸進失效對承載能力的影響有待研究。管道缺陷的局部效應和剩余強度,導致其漸進失效歷程與復合材料壓力容器（Composite Overwrapped Pressure Vessels,COPV）截然不同。采用復合材料補強的缺陷管件進行極限承載試驗。通過對比試驗極限壓力與有限元模擬的漸進失效的破壞壓力,驗證有限元模型的正確性。有限元模擬結(jié)果表明,復合材料纏繞層發(fā)生以纖維破壞為特征的破壞模式。復合材料的漸進失效分為穩(wěn)定緩慢失效和急劇加速失效兩個階段。對比COPV的瞬間大面積失效特征,分析了緩慢失效和急劇加速失效現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,提出了實用的補強管道"臨界壓力"確定方法,為復合材料補強管道的設計提供參考。 

【文章來源】：安全與環(huán)境學報. 2020,20(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

水壓試驗管件

極限承載試驗管件見圖1。試驗管件采用L245N鋼制造，管件規(guī)格為直徑219 mm×11.8 mm，總長約2.2 m。管件兩端焊接了半球形管帽以實現(xiàn)封閉加壓。管壁外表面采用機加工制作體積型缺陷。該缺陷位于管件中部，長度為91 mm，寬度為4mm，剩余壁厚為3.3 mm，缺陷深度基本均勻。在管件缺陷段長約300 mm范圍內(nèi)，實施復合材料纏繞層的補強修復。缺陷部位用改性環(huán)氧樹脂填料填充至恢復管件外壁形狀后，交替纏繞S級高強度單向玻璃纖維布并涂抹環(huán)氧樹脂，制備復合材料纏繞層。共用5層纖維布和環(huán)氧樹脂制成厚度為3.5 mm的纏繞修復。補強后的管件見圖2。將管件水平放置在支座上，以4.0×10-7m3/s的流量注入20℃的水逐漸施加內(nèi)壓，直到管件破壞，記錄漲破壓力作為管件的承載極限。試驗顯示，經(jīng)補強的管件，其極限承載能力為43.5 MPa。管件漲破(爆管)發(fā)生在缺陷區(qū)域，破壞后的管件及纏繞層見圖3。試驗顯示，纏繞層沒有發(fā)生整體破壞，僅爆管位置上方的部分纖維發(fā)生斷裂。這與文獻[6]的試驗現(xiàn)象不同，而與文獻[4]觀察到的現(xiàn)象接近。文獻[6]制作纏繞層時，使用了含雙向(經(jīng)緯)纖維的碳纖維織物，而文獻[4]管件使用的是與本文類似的單向玻璃纖維復合材料。與文獻[4]試驗現(xiàn)象類似，從一個側(cè)面證實了本文試驗的正確性。圖2 水壓試驗管件

漲破后的纏繞層

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3457142