玄武岩纤维缠绕成型管道的损伤及承载能力研究

摘要

玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced composite, BFRP)具有耐腐蚀性强、比强度高、环保等优点，正确评价BFRP管道性能的可靠性和承载能力是将其应用于高附加值的油气输送领域的基础。对于玄武岩纤维(basalt fiber, BF)缠绕成型的复合材料管道，首先在细观尺度上获得浸胶纤维束的强度。然后，沿着管道的轴向和环向分别截取试件，测量了两种试件的拉伸强度；基于试验结果和有限元模拟，研究了管壁结构层在拉伸、压缩以及剪切载荷作用下的损伤演化，得到结构层的宏观本构模型。最后，建立了BF缠绕成型管道的有限元模型，研究纤维性能离散对管道承载能力的影响。结果表明，纤维有效含量对管道承载能力的影响很大，从纤维生产和管道成型工艺等方面降低纤维增强作用的离散性对于准确预测管道的承载可靠性，推动BF复合材料在油气管道领域的应用至关重要。

关键词

玄武岩纤维缠绕成型管道 / 复合材料 / 代表体积单元 / 损伤演化 / 承载能力

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.52104223)