内压作用下复合材料修复裂纹管道的失效分析

论文摘要

为准确评估在内压作用下纤维复合材料修复含裂纹管道的有效性及失效压力,建立复合材料修复后裂纹管道的失效数值模型。该数值模型通过扩展有限元法模拟管道裂纹的扩展,利用cohesive单元模拟胶层的脱粘失效,复合材料的失效通过最大应力失效准则进行判定。通过静水压爆裂试验对所提失效数值模型进行验证,实验结果与数值计算结果具有较好的一致性。失效数值分析结果表明:当内压增大至一定值后,未修复管道的初始裂纹沿轴向及壁厚方向逐渐扩展,进而使得管道内壁单元扩展成真实裂纹,此时真实裂纹贯穿整个壁厚方向,即认为裂纹管道发生爆裂失效,爆裂失效压力随初始裂纹半长呈指数形式下降。复合材料修复裂纹管道的不同修复工况呈现相同的失效模式:在单调递增的内压作用下,管道内表面首先出现黏结裂纹,而后其外表面裂纹张开趋势急剧上升,使得复合材料层应力急剧上升,达到极限强度而失效。且对于不同的初始裂纹尺寸,存在对应的复合材料缠绕层数临界值。

论文目录

• 1 扩展有限元法
• 2 材料模型
•   2.1 钢材料模型
•   2.2 胶层材料模型
•   2.3 复合材料模型
• 3 复合材料修复裂纹管道的失效数值模型
• 4 静水压爆裂试验
• 5 结果与讨论
•   5.1 数值计算与试验结果对比
•   5.2 裂纹管道的爆裂失效分析
•   4.3 修复后裂纹管道的失效分析
• 6 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 邱金水,陈如木,刘伯运,任广鲁

关键词: 裂纹管道,裂纹扩展,复合材料,失效压力,数值模型

来源: 国防科技大学学报 2019年05期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑,基础科学

专业: 力学,船舶工业

单位: 海军工程大学动力工程学院

基金: 国家自然科学基金资助项目(51705529)

分类号: O346.1;U672

页码: 62-70

总页数: 9

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