玻纤增强复合材料管道在静水内压作用下的数值研究

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玻纤增强复合材料（GFRP）管道因其高刚度、高强度、耐腐蚀性以及优异的热稳定性和化学稳定性，被广泛应用于高性能领域。本研究采用有限元法对不同缠绕角度[±40]₃、[±45]₃、[±50]₃、[±55]₃、[±60]₃、[±65]₃和[±70]₃的GFRP复合材料管道进行了数值分析。管道壁厚范围为3.78～5.1 mm，长度为110～660 mm，在恒定静水内压作用下进行仿真计算，获得了复合材料管道的耐压能力、环向应力、轴向应力、纵向应力、横向应力、总变形量和失效模式等关键参数。采用Hashin损伤准则建立了复合材料的渐进损伤分析模型，使用壳单元进行内压加载以提高计算效率和精度。通过与已发表的海底安装复合材料管道的实验数据对比验证了模型的准确性。研究结果表明，缠绕角度在[±40]₃～[±55]₃范围内以及管道壁厚对复合材料管道的耐压能力具有重要影响。所有设计的复合材料管道的平均总变形量为0.37 mm。由于直径厚度比效应，[±55°]₃缠绕角度时管道获得最高耐压能力。

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