湿热环境下玻纤增强复合材料修复裂纹不锈钢管道的有限元数值分析

摘要整理

用复合材料粘接金属结构是修复损伤和断裂结构的最优方法，具有降低应力强度因子（SIF）和延长结构寿命的重要优势。然而，玻纤增强复合材料（GFRP）增强结构的寿命会因湿热老化而显著降低。本研究采用数值模型研究了在湿热环境下运行的裂纹不锈钢管道，并采用三片修复贴片进行修复。主要目的是确定粘接剂因湿热损伤老化对SA312型304不锈钢裂纹管道修复效率的影响。采用有限元法（FEM）评估了不同浸泡时间和两种不同温度条件下应力强度因子随施加载荷的变化规律。首先针对文献结果验证了所建立的模型，随后进行了参数化研究。结果表明：粘接剂在浸泡7.5个月内保持其刚度；即使在90°C或更低温度和内压≤50 bar条件下，粘接剂的力学性能仍可接受；但当压力载荷超过50 bar时，粘接剂的降解变得更加显著，湿热老化导致粘接结构力学性能产生明显变化。这些结果可为改进现有复合材料修复设计标准提供参考，并为GFRP在不同湿润环境中的应用提供可靠性保障。

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