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玻璃钢电缆保护管试验及理论分析.pdf

玻璃钢电缆保护管试验及理论分析

lcyo
2013-01-27 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《玻璃钢电缆保护管试验及理论分析pdf》,可适用于IT/计算机领域

玻璃钢电缆保护管试验及理论分析!"#$’())*,收稿日期:()))本文作者还有袁冬斌、郑忠星、羊慧芳。作者简介:周祝林()男教授从事复合材料性能、结构、产品设计和标准。玻璃钢电缆保护管试验及理论分析周祝林叶进峰(孙珮琼(上海玻璃钢研究所上海’())((杭州新世复合管道有限公司杭州’))))摘要:玻璃钢电缆保护管直径!为(*)()))管子壁厚"为((()变化范围很大。管子压扁线载荷和环向刚度变化很大。压扁弯曲强度随!#"的变化也有一定变化。本文对一批试验结果进行了统计及理论分析得出统计方程及理论计算结果与试验符合在使用保护管时很有实用价值。关键词:玻璃钢保护管电缆环向刚度弯曲强度中图分类号:(:’’文献标识码:’’文章编号:))<)(())*))<))(<)’前’言制订“电缆用玻璃钢保护管”国家建材行业标准时对一批不同规格的玻璃钢保护管的材料及管子进行了压扁试验[]发现不同规格的保护管压扁线载荷和环向刚度随直径与壁厚比(!#")的变化其变化很大。压扁线载荷变化:倍环向刚度变化:)倍。即使对于反映材料性能的压扁弯曲强度(也称压缩强度)也因玻璃钢是层状各向异性材料在承受弯曲时受剪切的影响弯曲强度也随跨厚比大小而变化。本文对这批试验数据首先进行数学统计分析得出可供实际应用的统计方程。从玻璃钢弯曲的破坏机理及管子压扁的受力和变形情况出发应用纤维复合材料的细观强度理论[(]对此进行理论分析得出理论计算公式可供保护管及其它管子应用时参考同时也进一步证实树脂基纤维复合材料用基体的细观强度理论是很科学和实用的。若应用此强度理论纤维复合材料产品的设计将更科学更安全。对过去一些产品发生破坏的事故就会迎刃而解。用此理论改进设计产品就会安全可靠。(’试验结果文献[]有许多试验数据。本文仅对其中表的试验数据进行统计和理论分析。为统计上的方便和便于看出试验数据的变化规律把文献[]中的表试验数据按!#"的变化重新排列。直径和壁厚是公称的。直径!是指管子的内径。由于成型时是用无缝不锈钢管做芯模管子内径是比较精准的与公称直径相差无几。由于玻璃钢成型工艺关系壁厚有些变化与公称壁厚相差较大。因此在下列表中还列出实测壁厚即!#"按实测的。环向刚度含二种计算方法[][*]及二种单位括号内的数据是按)=!变形的测试结果。表’一批保护管的试验结果序号!#"公称实测弯曲强度$#>线载荷$,·<环向刚度#>$,·<()))(:(())((::)())))))((:)()*)(((:*)))()*(()(*()))(*(())(*()*())):((*:*()(()):(*(*()(():())))((()*)(*())()(:)((*(((()*:()(*))(*(:)(((*)(**)))))((:*:((()()))(:*))(:)(()(()::(*:)(*)))))():):(*()’’’’注:环向刚度含二种计算方法[][*]及单位括号内的数据是按)=!变形的测试结果。(())*年:月!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!万方数据玻璃钢!复合材料"#$!’())*,’统计分析从表可见弯曲强度随!"#的增大而增大而环向刚度随!"#增大而减小并且减小得很快。总的线载荷趋势随!"#增大而减小但变化要复杂一些与!"#参数有关外它还与材料的弯曲强度有关较为复杂。’#’弯曲强度的统计用表中的!"#参数和弯曲强度!试验数据经数学统计后得出下列统计方程:!((!"#)()相关系数为:$)*(用式()的统计值列于表(中可见很符合试验值。’"’环向刚度的统计以表中的!"#参数和*:!变形时的环向刚度试验数据经数学统计后得出下列统计方程:)*(!"#)(**($<)**(!"#)(*((=,!>()(()$))用式(()的统计值列于表(中除序号(外均很符合试验值。从理论分析[*]可知当弯曲变形较小不计及剪切变形影响时管子环向刚度与(!"#)成正比式(()是(!"#)(已接近。这也说明实测中有一定剪切变形等非线性影响。以表中括号内的环向刚度():!变形时测出的)的试验数据经统计得出下列二个统计方程。与式(()一样用乘方回归统计时得出下式:()(!"#)(()($<)()(!"#)(()(=,!>()’’由此可见(!"#)负次方的数值比式(()小一些这说明剪切变形等非线性影响比式(()中大一些。此统计方程的形式仅与式(()比较统计值与试验值符合得不太好。另选较适合的指数回归统计方程经数学统计后得出下列统计方程:*())((!"#)($<)()*())((!A)(=,!>()$)用式()的统计值列于表(此式比式()更符合试验值。’’’线载荷的统计由于线载荷不仅与!"#参数有关而且与弯曲强度!有关不能仅用!"#参数来统计因此不作数学统计具体见下述理论分析。’强度理论分析管子沿径向压缩通称压扁试验受力如图所示。管子上的弯距及剪切力依次为:’·$()(BC")(*)((’·DB"()图’管子压扁试验受力示意表(’保护管弯曲强度和环向刚度的统计值序号!"#实测值弯曲强度式()!$<环向刚度(*:!时)式(()!$<环向刚度():!时)式()!$<式()!$<())()))(*(*()(()((*(((**()*****)((*(*(**(((*((*((*(*(((*)(((()(()()()(()*))*)’’注:表(中仅列出以$<为单位的统计值。())*年第期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!万方数据玻璃钢电缆保护管试验及理论分析!"#$’())*,’’当!)时:!)"·#("在管子受力处沿管壁上正应力和剪应力分布为:"$!·’$)"·(·’$("·(·)·()#$:#)·()(*({}$")·()((*({}()’’式中((),(或((<),()为管子试样长度是管壁中心离求应力处的距离。当,(时管壁外层的正应力为最大剪切应力为零。当)时正应力为零剪切应力为最大。最大正应力和剪切应力依次为:"$="·()·(#$"·)·(=)’’从试样破坏现象可知往往破坏发生在管壁的某一层特别是对于,较小的管子很少发生纯弯曲破坏。对于管壁某一层同时承受正应力和剪切应力。根据以往的经验[(:]采用基体细观强度理论来分析是科学、合理的。管壁承受式()、()的应力时基体上的应力依次为:"$"#$#())式中$是考虑到接近破坏时复合材料弹性模量降低而引入的修正系数$是剪应力分配的修正系数。从文献[(]可知$为():>)暂可取为。对于层间剪切$可取对于面内剪切从文献[(]可知为()*=)>))()。把式()、()代入式())则可求出"#沿管子长度方向的"可以为零按下式求出基体中的主应力:"($"("()((#(!()’’再按莫尔强度理论"$""*"($"(()’’从式()知"比"(大"是拉压应力树脂的拉伸强度远比压缩强度小从式(()可见"作用更大因此用式()中"对求导为零求出。代入式()()中然后再代入式(()可求出"。再把"代入式()则可求出管子压扁时的周向弯曲强度。由于公式很长较复杂在此暂不列出。不饱和聚酯树脂浇铸体的拉伸强度"<为()>:))#压缩强度!为(=)>))#为(((>*)#。随生产厂家及产品质量其变化是较大的。*’环向刚度理论分析不计及剪切变形的影响从环向刚度的定义出发环向刚度(以单位宽度计)为:’(((,)()由此可见环向刚度与(,)(:成正比也即与(,)(:成正比可见有剪切变形的影响。计及剪切变形管子压扁时经向变形为:’’)=·(’<:·()··)((*)·(,)<)=))·(,)()从式()可见纯弯曲经向变形与(,)成正比剪切产生的经向仅与(,)成正比式中、依次是弯曲模量和剪切模量。由于远比小因此式()中第二项是不可忽视的特别是当(,)较小时。另外较早就出现非线性随着载荷的增加会减小。这也说明表中括号内的数据比括号外小并且随着(,)减小二者相差更大。按文献[]的环向刚度定义采用式()最后得出环向刚度的理论计算公式为:)((*(,)<=)(,)(*)根据手糊不饱和聚酯树脂玻璃钢材料的实测结果取为=#为()*>))#多数测试结果为)#左右。以下取=#分别取)(#、)*#、)#、#、(#时的计算结果列于表。表仅列出以#为单位的数值。对于按文献[]的计算公式在式(*)中加上)):的系数或其它更精确的修正系数详见文献[*]。对于(,)较大的管子层间剪切模量可())*年月!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!万方数据玻璃钢!复合材料"#$!’())*,取较大者如($与实测很符合。对于(!"#)较小者取较小者如)*$与实测很符合。对于!较小或#较厚者实测$较小之故。表’管子环向刚度的理论计算值序号!"#!按内径!按内径加#时环向刚度!$$取值!$)()*))()(((*()()*()))*)((*(*((**))**(()()(*(((*((()*)***(**)(*(**(*(()(((*(*(()((*())()((())))’’’注:括号内数字按:为时计算。’结’论上述的统计方程可以预估不同规格保护管的弯曲强度和环向刚度。()强度理论分析说明了管子压扁周向弯曲强度的机理应用基体的细观强度理论是科学、合理、实用的。由于公式复杂在本文暂不列出今后对此专文讨论(()管子的环向刚度与(!"#)关系非常密切同时对管壁的层间剪切模量$也很敏感特别对于(!"#)较小时。若以测试)!变形来计算管子的环向刚度对于(!"#)较小者往往要出现管子发响发白管壁层间出现损伤。此时的$要小于)($。表中的$<)($的数值与表括号内的实测值很一致。层间剪切模量与成型工艺质量很有关系有一定变化范围。因此实际管子测试时有较大离散性()理论分析可供产品设计参考。参考文献[]周祝林等电缆用玻璃钢保护管国家建材行业标准试验论证及分析[#]())[(]周祝林纤维增强复合材料强度理论及应力=应变曲线的转折点[>]第八届玻璃钢!复合材料学术年会论文集[][]玻璃纤维增强塑料导管!A)(=())(中国电缆行业标准[B][]地下通讯管道用塑料管C!A=中国通讯行业标准[B][*]周祝林玻璃钢管压扁性能试验方法评论[D]玻璃钢!复合材料())((*))[]周祝林纤维增强复合材料应力=应变曲线转折点的细观分析[>]第五届全国复合材料学术论文集[]!"#!$!’"()"!*$,$$,#*#()$,")(!"!*"*"#*!’*")"!#"**$!*(#EFGEFG=HIJCKDIJ=LMJN(BO,$MI=PIJN(BFJNFI"#$#MQMRSFTJQ:I:G:MBFJNFI())(FIJ(UJNVFGWIJQFI"#$$IXM:UJNVFG)))FIJ)$:AFMIYM:MRL"#$SZHMXR:MS:IMXIXMQRIMQLRY*):())YYJ:FM:FISJMQQL:FMXIXMHHIQLRY(:(YYAFMJ:FMIRSYXRMQQIJLH:HIJMRHJFXRINII:^HQFMHRNMQSXMTJ:FIQXXMR:FMQ::IQ:ISQJ:FMRM:ISHJH^QIQFMZMMJJMJSJLRYQ::FM:MQ:RMQGH:FISFNIMQYGSFFMHXLRGQIJNXR:MS:IMXIXMQ:<=>:"#$XR:MS:IMXIXMSZHMFXRINII:^LHMGRHQ:RMJN:F*())*年第期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!万方数据玻璃钢电缆保护管试验及理论分析作者:周祝林叶进峰孙珮琼袁冬斌郑忠星羊慧芳作者单位:刊名:玻璃钢复合材料英文刊名:FIBERREINFORCEDPLASTICSCOMPOSITES年卷(期):()引用次数:次参考文献(条)周祝林电缆用玻璃钢保护管国家建材行业标准试验论证及分析周祝林纤维增强复合材料强度理论及应力应变曲线的转折点DLT玻璃纤维增强塑料导管YDT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