[發明專利]一種熱塑性復合管熱膨脹系數預測方法

有效

• 申請號: 201810910704.0
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN109084094B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 周正偉;陸國強;武書河;黃咸偉;高莉;馮金茂
• 申請（專利權）人: 臨海偉星新型建材有限公司
• 主分類號: F16L9/12
• 分類號: F16L9/12;G06F30/17
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發明公開了一種熱塑性復合管熱膨脹系數預測方法，屬于熱塑性復合管技術領域。本發明的復合管為三層結構，內襯層為熱塑性樹脂、中間為纖維增強層、外層為熱塑性樹脂，研究復合管中三層材料的相關性能參數及溫度對復合管的應力應變關系的影響，從而得到復合管熱膨脹系數與各獨立組分熱膨脹系數的關系，建立復合管熱膨脹系數的預測模型。本發明采用了以上技術方案，可根據復合管三層結構中各材料的熱膨脹系數、拉伸彈性模量、泊松比、體積分數、纏繞角度及厚度等參數，方便準確的預測復合管的熱膨脹系數。

技術領域

本發明涉及熱塑性管道技術領域，具體涉及一種熱塑性復合管熱膨脹系數預測方法。

背景技術

熱膨脹系數是復合管道在安裝過程中需要考慮的熱性能之一，在復合管應用過程中，其熱脹冷縮性能對管道的長度設計有很重要的影響，尤其是管道長度過大時，需要在管道連接處設計伸縮節，來調整管道安裝時因長度的變化而引起的管道破壞現象。復合管的增強層厚度可根據管道工作壓力的使用要求進行設計，從而其纏繞角度也可以發生對應的變化，纏繞角度發生變化，其熱膨脹系數就發生相應的變化。目前已公開的文獻中關于纏繞玻璃鋼管道的熱膨脹系數分析方法，該方法是用來預測全復合結構，相當于本發明專利中的增強層，并不包含內外層的多層復合管結構。因此，建立一種方便的多層復合管熱膨脹系數預測方法，可以減輕復合管設計人員工作量，對于控制復合管的破壞具有重要意義。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種熱塑性復合管熱膨脹系數預測方法。

本發明的技術方案如下：

一種熱塑性復合管熱膨脹系數預測方法，其中熱塑性復合管包括熱塑性樹脂內襯層、纖維增強層及熱塑性樹脂外層，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)：確定增強層纖維帶纏繞方向的熱膨脹系數：

其中：α₁為增強層纖維帶纏繞方向的熱膨脹系數，α_f為增強層纖維的熱膨脹系數，E_f為增強層纖維的拉伸彈性模量，v_f為增強層纖維的體積分數；α_m為增強層樹脂的熱膨脹系數，E_m為增強層樹脂的拉伸彈性模量，v_m為增強層樹脂的體積分數；

步驟2)：由上式(1)確定增強層與纖維帶纏繞垂直的方向熱膨脹系數：

α₂＝v_f(1+μ_f)α_f+v_m(1+μ_m)α_m-(μ_fv_f+μ_mv_m)α₁ (2)

其中：α₂為增強層與纖維帶纏繞垂直的方向熱膨脹系數，μ_f為纖維的泊松比，μ_m為熱塑性樹脂的泊松比；

步驟3)：由上式(1)、(2)確定復合管增強層和內外層的熱應力：

增強層沿著纖維帶纏繞方向單位溫差熱應力為：

增強層垂直纖維帶纏繞方向單位溫差熱應力為：

其中v₁為纖維帶沿著纖維方向的泊松比，v₂為纖維帶垂直纖維方向的泊松比，E₁為纖維帶沿著纖維方向的拉伸彈性模量，E₂為纖維帶垂直纖維方向的拉伸彈性模量；

復合管增強層軸向熱應力為：