新型PVC/FRP/PE复合管的成型工艺及外压承载能力有限元分析

【摘要】：新型PVC/FRP/PE复合管是一种煤矿瓦斯抽放工程专用管道，具有质量轻、刚度大、成本低等优点，应用前景广阔。本课题主要对该新型复合管成型工艺、外压承载能力进行了研究，实现了该多层复合管的加工生产，并利用有限元技术和试验方法对其外压承载能力进行研究，对该复合管的设计及实际工程应用有一定价值。 首先，研究新型复合管的成型工艺，采用挤出工艺、缠绕工艺组合生产加工出该新型复合管。其次，提出若干假设，建立了简化的复合管模型，利用有限元软件ANSYS对复合管进行了外压失稳分析，得到复合管的失稳模态形状和临界失稳压力。分析了复合管长度、增强层厚度对临界失稳压力的影响，得到满足瓦斯管承载能力要求的合理长度和增强层厚度。以直径400mm复合管为例，用非线性法进行失稳分析，得到临界失稳压力0.085MPa，比特征值法小0.006MPa，复合管在-0.05MPa负压工作载荷下的最大径向变形量为2.12mm。最后，对新型复合管进行了真空试验，测得复合管的临界失稳压力和工作载荷下的最大径向变形量，结果表明有限元模拟结果与实验结果基本吻合。非线性法因为考虑了复合管初始缺陷的影响，计算结果与试验结果更接近。