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

1、玻璃鋼夾砂管道以其優(yōu)越的力學性能和低成本大剛度的獨特優(yōu)勢，在市政工程、化工工程、能源輸送工程等領域被廣泛應用和推廣。針對玻璃鋼夾砂管道設計周期長、設計成本髙的問題，本文提出了一種基于有限元分析方法的結構優(yōu)化設計方法，即結合有限元分析軟件，對玻璃鋼管道結構設計方案進行力學性能的數(shù)值模擬研宄，并在保證相關力學性能達標的情況下不斷對初始設計方案進行優(yōu)化，最終獲得制造成本低、相關力學性能達標的設計方案。這種優(yōu)化設計方法將有效地縮短玻璃鋼管夾砂道

2、的設計周期、降低管道設計成本。
　　本文提出的玻璃鋼夾砂管道計算機輔助設計方法主要內(nèi)容為基于有限元理論分別對玻璃鋼夾砂管道軸向拉伸強度、環(huán)向拉伸強度和環(huán)剛度建立相應的數(shù)值模擬模型，從而利用數(shù)值模擬方法替代試驗方法對其進行相關力學分析和評估。模擬結果表明，本文建立的數(shù)值模擬模型在準許誤差內(nèi)可以準確直觀地預測所設計鋪層結構的力學性能。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。主要結論如下：與鋼制管道不同，

3、玻璃鋼夾砂管道受拉和受壓過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，即在達到極限載荷前沒有屈服過程；同時本文通過拉伸試驗和數(shù)值模擬研宄驗證了相關文獻發(fā)現(xiàn)的玻璃鋼夾砂管道與鋼制管道不同，軸向拉伸強度不一定是環(huán)向拉伸強度的1/2，而是一般在1/2~2/3之間；本文還通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)玻璃鋼夾砂管道的軸向拉伸強度與夾砂層厚度大致呈反比的數(shù)值關系，而環(huán)向拉伸拉伸強度與夾砂層厚度的數(shù)值關系卻非簡單