内衬PVDF热塑层的玻璃纤维增强管制备与力学性能的研究

摘要

本课题采用有限元分析软件ANSYS从静力学方面计算了缠绕角度、缠绕厚度、内衬厚度对内衬PVDF热塑层的玻璃纤维增强管弯曲性能的影响。分别运用最大应力准则和Tsai-Wu准则对管的可弯曲半径和弯曲破坏载荷进行了分析。结果表明:随增强层缠绕角度的增大，复合材料管的弯曲破坏载荷逐渐减小，复合材料管的可弯曲半径先增大后减小;随缠绕厚度的增加，复合材料管的弯曲破坏载荷和弯曲半径逐渐增大;随内衬厚度的增加，复合材料的弯曲破坏载荷和弯曲半径有微小增大。
　　通过实验测试得到PVDF的Tg、熔点、结晶点等参数，采用挤出工艺成功制备内径为45mm、壁厚为2mm的内衬PVDF管，采用喷砂工艺处理内衬PVDF表面以获得不同表面粗糙度;通过实验确定湿法缠绕工艺参数:缠绕张力、缠绕粘度、缠绕温度、缠绕速度等;然后采用湿法缠绕工艺，把喷砂处理后的内衬PVDF作为芯模，将充分浸润树脂后的玻璃纤维进行连续缠绕，固化后制备成内衬PVDF热塑层的玻璃纤维增强管。
　　采用四点弯曲实验和轴向压缩实验，研究分析了不同缠绕角度、不同缠绕厚度和不同喷砂粗糙度对复合材料管弯曲性能及压缩性能的影响。弯曲实验结果表明:不同缠绕角度、不同缠绕厚度复合材料管的弯曲实验数据与ANSYS计算数据有较好的吻合性;并分析了不同喷砂目数对弯曲性能的影响。压缩实验结果表明:PVDF经24目喷砂处理后制备的复合材料管压缩强度提高了34.6％，压缩模量减小了46.2％;随增强层厚度的增加，压缩强度逐渐减小后趋于稳定，压缩模量先减小后增大到最大值;随缠绕角度的增大，压缩强度和压缩模量逐渐减小。最后分别总结了复合材料管的弯曲和压缩破坏模式，并分析了其破坏机理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 传输管的发展概况

1．1．2 传输管的主要种类

1．1．3 热固性玻璃钢管的特点及应用

1．1．4 热塑性管材的特点及应用

1．2 研究对象与研究现状

1．2．1 内衬PVDF热塑层的玻璃纤维增强管

1．2．2 复合材料管的研究概况

1．3 复合材料管目前存在的问题

1．4 主要研究内容

1．5 研究意义

第二章 基于ANSYS的复合材料管有限元分析

2．1 复合材料管的有限元分析过程

2．1．1 建立有限元模型

2．1．2 划分网格

2．1．3 施加工况与求解

2．1．4 后处理

2．1．5 ANSYS计算所用强度准则

2．2 缠绕角度对管弯曲性能影响的计算结果

2．3 缠绕厚度对管弯曲性能影响的计算结果

2．4 内衬厚度对管弯曲性能影响的计算结果

2．5 小结

第三章 实验件制备及工艺的研究

3．1 实验原材料

3．2 实验仪器

3．3 内衬PVDF管的制备

3．3．1 PVDF管的挤出

3．3．2 PVDF管喷砂处理及表征

3．4 缠绕工艺参数的确定

3．4．1 缠绕张力的确定

3．4．2 树脂粘度和温度的测定

3．4．3 固化制度的确定

3．5 内衬PVDF热塑层的玻璃纤维增强管的制备

3．5．1 内衬PVDF热塑层的玻璃纤维增强管的结构参数

3．5．2 内衬PVDF热塑层的玻璃纤维增强管的制备过程

第四章 复合材料管力学性能测试与评价

4．1 复合材料管力学性能实验

4．1．1 弯曲实验

4．1．2 压缩实验

4．2 弯曲实验结果与分析

4．2．1 缠绕角度对管弯曲性能的影响

4．2．2 缠绕厚度对管弯曲性能的影响

4．2．3 实验结果与计算结果对比分析

4．2．4 喷砂粗糙度对弯曲性能的影响

4．3 压缩实验结果与分析

4．3．1 内衬PVDF喷砂处理对管压缩性能的影响

4．3．2 缠绕厚度对管压缩性能的影响

4．3．3 缠绕角度对管压缩性能的影响

4．4 破坏模式与破坏机理

4．4．1 弯曲破坏模式与破坏机理

4．4．2 压缩破坏模式与破坏机理

第五章 结论与展望

5．1 本课题主要结论

5．2 展望

参考文献

硕士期间发表论文情况和参加科研情况说明

致谢