【摘 要】
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复合材料修复管道技术具有修复工艺简单、耗时短以及修复效果成本低等优点,目前正被广泛的应用于腐蚀管道修复中。然而在海底长期荷载作用以及恶劣环境的影响下,复合材料修复管道的效果会受到极大的影响。本文选取复合材料修复腐蚀管道为研究对象,通过实验方法研究在海水环境及弯矩作用下对复合材料修复效果的影响,在此基础上,通过有限元方法研究CFRP修复管道在弯曲载荷作用下的失效模式和竞争机制,并进行参数化分析,最后
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复合材料修复管道技术具有修复工艺简单、耗时短以及修复效果成本低等优点,目前正被广泛的应用于腐蚀管道修复中。然而在海底长期荷载作用以及恶劣环境的影响下,复合材料修复管道的效果会受到极大的影响。本文选取复合材料修复腐蚀管道为研究对象,通过实验方法研究在海水环境及弯矩作用下对复合材料修复效果的影响,在此基础上,通过有限元方法研究CFRP修复管道在弯曲载荷作用下的失效模式和竞争机制,并进行参数化分析,最后进行了耐久性验证分析,具体研究内容如下:(1)通过实验方法,研究CFRP修复腐蚀管道的弯曲性能在海水浸泡和弯矩载荷的条件下随时间的变化规律,通过给管道施加0%和30%预弯矩,并放入浓度为5倍的的人工海水中200小时,400小时,600小时和800小时进行浸泡加速试验,取出进行弯曲性能的耐久性试验,在此基础上,提出CFRP修复管道的耐久性系数,并根据实验结果,分析CFRP修复管道弯曲荷载下降的原因。(2)通过实验方法,将制作好的CFRP板和CFRP-钢板试件放入人工海水中200小时,400小时,600小时和800小时进行加速试验,随后在万能拉伸实验机上对CFRP进行拉伸实验,对CFRP-钢板进行单剪拉伸实验,探究CFRP的拉伸性能和CFRP-钢板的界面粘结性能在海水浸泡条件下随时间的变化规律,并将CFRP和CFRP-钢界面粘结强度的耐久性系数与CFRP修复管道的耐久性系数进行对比,得出三者耐久性系数关系。(3)建立一种新型CFRP修复腐蚀管道模型,通过将实验结果与有限元结果进行对比来验证有限元模型的准确性,在此基础上,研究了CFRP修复管道在弯曲载荷作用下的失效模式和竞争机制,并进行了参数化分析,研究不同的管道壁厚、不同的CFRP修复厚度以及不同的粘结剂厚度对CFRP修复管道的极限弯曲载荷的影响,最后将实验结果得到的不同浸泡时间下的材料的耐久性系数乘以初始CFRP和粘结剂的材料性能,模拟海水浸泡的环境影响,从而进行耐久性验证。
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