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玻璃钢电缆保护管试验及理论分析.doc

玻璃钢电缆保护管试验及理论分析

zhang秀强
2018-04-12 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doc》,可适用于战略管理领域

玻璃钢电缆保护管试验及理论分析玻璃钢电缆保护管试验及理论分析玻璃钢电缆保护管试验及理论分析年月玻璃钢电缆保护管试验及理论分析周祝林,叶进峰,孙砺【l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d为()mln,管子壁厚t为()mm,变化范围很大管子压扁线栽荷和环向刚度变化很大压扁弯曲强度随dt的变化也有一定变化本文对一批试验结果进行了统计L~J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:TQ文献标识码:A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(dt)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,在承弯曲强度也随跨厚比大小受弯曲时受剪切的影响,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dt的变化重新排列直径和壁厚是公称的直径d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dt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d变形的测试结果表一批保护管的试验结果注:环向刚度含二种计算方法及单位,括号内的数据是按d变形的测试结果收稿日期:ll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,产品设计和标准年第期玻璃钢复合材料统计分析从表可见,弯曲强度随dt的增大而增大,而环向刚度随dt增大而减小,并且减小得很快总的线载荷趋势随dt增大而减小,但变化要复杂一些,与dt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dt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:=n(dt)()相关系数为:r=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dt参数和d变形时的环向刚度sn试验数据经数学统计后得出下列统计方程:Sn:(dt)I(MPa)Sn=(dt)I(kNm)()r=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(dt)成正比,式()是(dt)一,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(d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:Sn:(dt)圳(MPa)()Sn:(dt)I删(kNm)由此可见,(dt)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:Sn=e一('(MPa)()Sn:e一('(kNm)r=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dt参数有关,而且与弯曲强度有关,不能仅用dt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:M=Pr(一sin)()二Q=Pco,ot()X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注:表中仅列出以MPa为单位的统计值玻璃钢电缆保护管试验及理论分析年月当=时:M=PrQ一=P在管子受力处沿管壁上正应力和剪应力分布为:MtPrt了一一=孚(Lt)=()j,r={(寺))II广j={(寺))()了IIJj式中r=(D一)或r=(dt),L为管子试样长度t是管壁中心离求应力处的距离当t=t时,管壁外层的正应力为最大,剪切应力为零当t=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:or={()Pmax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dt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::~lOEz,r:r(O)一'rrL式中,是考虑到接近破坏时,复合材料弹性模量E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,r,沿管子长度方向的可以为零,按下式求出基体中的主应力:=警()再按莫尔强度理论I冬i=II=:()Il从式()知,or比or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(II)中对t求导为零,求出t代入式()()中,然后再代入式(),可求出P再把P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()MPa,压缩强度盯为(,)MPa,E为(,)GPa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:Ocn=d=黑d=旦()()一一u,J,由此可见,环向刚度与(td)成正比,也即与(dt)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:),=()(d)()从式()可见,纯弯曲经向变形与(dt)成正比,剪切产生的经向仅与(dt)成正比,式中E,G依次是弯曲模量和剪切模量由于G远比小,因此式()中第二项是不可忽视的,特别是当(dt)较小时另外G较早就出现非线性,随着载荷的增加,G会减小这也说明表中括号内的数据比括号外小,并且随着(dt)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:一,一G(dt)E(d),'根据手糊不饱和聚酯树脂玻璃钢材料的实测结果,取E为GPa,G为(,)GPa,多数测试结果为GPa左右以下取E=GPa,G分别取GPa,GPa,GPa,GPa,GPa时的计算结果列于表表仅列出以MPa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(dt)较大的管子,层间剪切模量G可年第期玻璃钢复合材料取较大者如GPa,与实测很符合对于(dt)较小较小或t较厚者,实测G较小之故者,G取较小者如GPa,与实测很符合对于d表管子环向刚度的理论计算值注:括号内数字,按dt为d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(dt)关系非常密切,同时对管壁的层间剪切模量G也很敏感,特别对于(dt)较小时若以测试d变形来计算管子的环向刚度,对于(dt)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G要小于GPa表中的G=GPa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R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A第八届玻璃钢复合材料学术年会论文集C,玻璃纤维增强塑料导管,D~,中国电缆行业标准s地下通讯管道用塑料管,YDT,中国通讯行业标准s周祝林玻璃钢管压扁性能试验方法评论J玻璃钢复合材料,,()lO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A第五届全国复合材料学术论文集C,TESTANDTHEORETICALANALYSISoFFRPCABLEPROTECTIVEPIPESWITHDFERENTSPECIFICATIoNSZhouZhulin,YEJinfeng,SUNPeiqiong(ShanghaiFRPResearchInstitute,Shanghai,ChinaHangzhouXinshiFRPPipeCoLtd,Hangzhou,China)Abstract:ThediameterofFRPcableprotectivepipesvariesfromtommandthethicknessofthepipewallisfromtommThen,theircompressionfiatlinearloadandhooprigidityalsohavealargescopeInthispaperthestatisticsandtheoreticalanalysishavebeendoneandconformstothetestresult,whichgivesmuchhelpforusingprotectivepipesKeywords:FRPprotectivepipecablehooprigidityflexuralstrengthFRPjG彝睦j一畦《

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