基于移位因子法的GFRP长期性能试验及其应用研究

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GFRP具有轻质高强、耐腐蚀、优良的耐腐蚀性、良好的热性能、可设计性好等显著优越性。GFRP的树脂基体为典型粘弹性材料,因而GFRP在服役条件下其力学性能会随着使用时间的推移而下降。由于在GFRP长期性能方面的研究不够深入,导致现阶段尚不能准确预测GFRP的长期性能,多采用选取较大的安全系数的方法以保证结构的安全,这种设计方法的有效性有待进一步的考证。正是由于在长期性能方面研究的滞后致使GFRP的使用范围受到了限制。因此,在充分发挥GFRP的优势的基础上,保证GFRP在其设计服役年限内的安全可靠性,事关国计民生,具有重大意义。   本文源于国家自然科学基金“服役条件下玻璃钢管道长期性能预测的理论与方法研究”(编号:11102142)及中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“聚合物基复合材料的流变行为与服役寿命研究”(编号:2012-Ia-023)。研究工作主要分为以下三个方面:   1) GFRP长期性能的理论建立及相关拉伸试验研究   基于国内外已有的GFRP长期性能预测的研究成果,开展拉伸蠕变性能试验,考虑温度、湿度以及应力水平的影响,通过引入移位因子的方式,建立长期性能预测公式。通过初始性能试验和长期性能试验分析确定长期性能预测公式中的相关参数。   2) GFRP板壳的蠕变弯曲理论分析及计算   基于GFRP层合板壳的弹性解答、相应原理、Laplace变换及Laplace逆变换求解GFRP层合薄板薄壳的粘弹性解答。根据长期性能的试验数据,采用Bellman数值反演算法通过Mathematica7.0程序进行数值计算,求解对于所给层合板壳的粘弹性计算结果。计算结果表明:随着时间的增加,板壳的临界屈曲荷载逐渐减小,且减小的速率也随时间增加而减小;板的挠度随时间的推移而增加。   3) GFRP三通的粘弹性有限元计算   基于工程实际运用的三通结构形式,并考虑GFRP材料的粘弹性行为对三通的长期性能进行计算模拟。本文利用长期性能试验所得数据,通过ansys软件对GFRP三通进行有限元模拟计算求解在服役条件下50年后的结构内力。计算结果表明:由于材料的粘弹性在50年后,结构的应力变化较小,而应变变化较大,结构最薄弱仍为主管与支管连接处。
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