【碩士】聚氨酯復合管力學性能研究

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　　【碩士】聚氨酯復合管力學性能研究　　授予學位：碩士　　學位授予單位：江蘇科技大學　　學位年度：2011　　鋼－聚氨酯復合管是一種新型的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件，它利用鋼管和聚氨酯兩種材料在受力過程中的相互作用，即鋼管對聚氨酯的套箍作用，使聚氨酯處于復雜應力狀態(tài)之下，從而使聚氨酯的強度得以大幅度提高，塑性以及韌性得到顯著改善；同時，由于聚氨酯的存在，延緩或避免了鋼管過早的發(fā)生局部屈曲。兩種材料組合在一起，不僅使各自的特性達到充分發(fā)揮，同時組成的新的結(jié)構(gòu)體系也具有優(yōu)越的力學性能。鋼－聚氨酯結(jié)構(gòu)具有強度高、質(zhì)量輕、延性好、抗震強、耐疲勞、耐沖擊、施工簡單等優(yōu)越的力學性能，因而它在工程結(jié)構(gòu)中得到越來越廣泛的應用。但是目前的理論研究大都偏重于鋼聚氨酯夾層結(jié)構(gòu)，對鋼－聚氨酯復合管這種新型組合結(jié)構(gòu)還未展開研究，因此，有必要對鋼－聚氨酯復合管的力學性能進行研究。本文以軸向荷載作用下的鋼－聚氨酯復合管為研究對象，通過試驗以及有限元模擬的方法，考察包括長細比、套箍系數(shù)等因素對其承載力的影響，為工程上廣泛使用這種結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。首先通過試驗采集了各級荷載下試件的應變、位移和極限承載力等實驗數(shù)據(jù)，以及在加載過程中的外形變化和破壞特征，并對試件的荷載－變形關(guān)系特點，以及長徑比和套箍系數(shù)對極限承載力的影響進行了分析，其次建立了三維非線性有限元分析模型，對試件受力進行了全過程分析，較為深入的揭示了鋼－聚氨酯復合管在軸向荷載作用下的工作機理。具體進行了以下幾個方面的工作：　　 (1)測試采集了各級荷載下試件的應變、位移和極限承載力等實驗數(shù)據(jù),，詳細記錄了鋼－聚氨酯復合管試件在加載過程中的外形變化和破壞特征。　　 (2)研究了鋼－聚氨酯復合管的荷載－變形關(guān)系曲線特點，總結(jié)出不同套箍系數(shù)、　　不同長徑比試件的荷載－變形曲線變化的規(guī)律以及整體工作全過程，分析了影響其承載力的因素。　　 (3)通過試驗數(shù)據(jù)建立鋼－聚氨酯復合管的三維非線性有限元分析模型，選取出適合的鋼管和聚氨酯彈性體的本構(gòu)關(guān)系模型。鋼管和聚氨酯彈性體采用ANSYS 提供的等向彈塑性模型，使用Von Mises 屈服準則和相關(guān)流動法則來描述其塑性變形。在模型中，考慮到鋼管與聚氨酯之間的粘結(jié)性能良好，故采用雙單元模型，鋼管單元和聚氨酯單元之間共用節(jié)點?！　? (4)采用有限元法對鋼－聚氨酯復合管在軸向荷載作用下的受力進行了全過程分析，分析了受力過程中鋼－聚氨酯復合管的破壞模態(tài)，較為深入的揭示了鋼－聚氨酯復合管在軸向荷載作用下的工作機理?！　? (5)通過試驗驗證有限元方法中采用的本構(gòu)關(guān)系模型是否恰當，屈服準則是否合理，聚氨酯和鋼管之間的粘結(jié)性能是否良好，并通過有限元和試驗結(jié)果提出鋼－聚氨酯復合管的承載能力簡化公式?！　?

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