基于有限元分析的玻璃鋼夾砂管道的強(qiáng)度分析和數(shù)值模擬輔助設(shè)計(jì).pdf

1、玻璃鋼夾砂管道以其優(yōu)越的力學(xué)性能和低成本大剛度的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在市政工程、化工工程、能源輸送工程等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用和推廣。針對(duì)玻璃鋼夾砂管道設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)成本髙的問(wèn)題，本文提出了一種基于有限元分析方法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，即結(jié)合有限元分析軟件，對(duì)玻璃鋼管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行力學(xué)性能的數(shù)值模擬研宄，并在保證相關(guān)力學(xué)性能達(dá)標(biāo)的情況下不斷對(duì)初始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，最終獲得制造成本低、相關(guān)力學(xué)性能達(dá)標(biāo)的設(shè)計(jì)方案。這種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法將有效地縮短玻璃鋼管夾砂道

2、的設(shè)計(jì)周期、降低管道設(shè)計(jì)成本。
　　本文提出的玻璃鋼夾砂管道計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法主要內(nèi)容為基于有限元理論分別對(duì)玻璃鋼夾砂管道軸向拉伸強(qiáng)度、環(huán)向拉伸強(qiáng)度和環(huán)剛度建立相應(yīng)的數(shù)值模擬模型，從而利用數(shù)值模擬方法替代試驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行相關(guān)力學(xué)分析和評(píng)估。模擬結(jié)果表明，本文建立的數(shù)值模擬模型在準(zhǔn)許誤差內(nèi)可以準(zhǔn)確直觀地預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)鋪層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。隨后，本文利用建立的數(shù)值模擬模型分別研宄了三種受力情況下的材料破壞規(guī)律。主要結(jié)論如下：與鋼制管道不同，

3、玻璃鋼夾砂管道受拉和受壓過(guò)程中呈逐層破壞的形式，而且材料的最初破壞一般發(fā)生在夾砂層，另外，纏繞層單層呈脆性失效形式，即在達(dá)到極限載荷前沒(méi)有屈服過(guò)程；同時(shí)本文通過(guò)拉伸試驗(yàn)和數(shù)值模擬研宄驗(yàn)證了相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)的玻璃鋼夾砂管道與鋼制管道不同，軸向拉伸強(qiáng)度不一定是環(huán)向拉伸強(qiáng)度的1/2，而是一般在1/2~2/3之間；本文還通過(guò)數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)玻璃鋼夾砂管道的軸向拉伸強(qiáng)度與夾砂層厚度大致呈反比的數(shù)值關(guān)系，而環(huán)向拉伸拉伸強(qiáng)度與夾砂層厚度的數(shù)值關(guān)系卻非簡(jiǎn)單