[發明專利]綠色輕量化纖維增強金屬層管及其制造方法

有效

• 申請號: 201910387535.1
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN110181839B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 楊建偉;郎梓薦;姚德臣;何山;孫茂林;林晨瀅;薛欣悅;張猛
• 申請（專利權）人: 北京建筑大學
• 主分類號: B29D23/00
• 分類號: B29D23/00
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 黃雪

1.一種綠色輕量化纖維增強金屬層管的制造方法，其特征在于，步驟包括：

第一步，分別將內層鋁管、外層鋁管放置在丙酮溶液中浸泡，而后用清水洗凈；

第二步，分別將所述內層鋁管和所述外層鋁管在55℃的堿性溶液中堿洗1-2分鐘，而后用清水洗凈、烘干；其中，所述堿性溶液包括質量比為20：1：1的清水、氫氧化鈉和無水碳酸鈉；

第三步，將纖維預浸料裁剪為能夠完全覆蓋所述內層鋁管的外壁表面的尺寸，將所述纖維預浸料粘貼在所述內層鋁管的外壁表面并貼合所述內層鋁管的外壁表面對所述纖維預浸料的邊緣進行裁剪；

第四步，先對貼有所述纖維預浸料的內層鋁管進行脹接模擬，脹接模擬中，施加于所述內層鋁管內壁的壓力所對應的脹接加載路徑根據該纖維增強金屬層的本征關系而確定；

第五步，根據脹接模擬數據對所述外層鋁管的厚度、所述纖維預浸料的厚度計算補償量以確定脹接模具的尺寸；

第六步，將所述外層鋁管包裹在所述纖維預浸料和所述內層鋁管外壁，將所述外層鋁管以及其內所設置的纖維預浸料和所述內層鋁管整體設置于脹接模具內，對所述內層鋁管的內壁施加壓力以進行脹接處理；脹接處理中，所述壓力的脹接加載路徑根據該纖維增強金屬層的本征關系而確定；

第七步，去除所述壓力，對所述脹接模具內所獲得的纖維增強金屬層管進行下料處理和/或固化處理；

所述第六步中進行脹接處理的過程中，還包括：對所述內層鋁管和所述外層鋁管進行熱處理；同時對所述內層鋁管和所述外層鋁管的表面進行陽極化處理；

所述纖維增強金屬層的本征關系通過如下步驟獲得：

步驟1，建立屈服軌跡為其中K₁＝(σ_xx+hσ_yy)/2，m為非二次屈服函數指數，x、為平行于軋制方向、y為垂直于軋制方向、s為垂直于板平面方向；a，h，p為表征各向異性的材料參數，σ_**表示對應方向上的應力張量；

步驟2，根據所述表征各向異性的材料參數a，h，p建立硬化模型式中的ε表示體應變；y＇表示指材料發生屈服時的彈性應變，是有效塑性應變；k表示系數；n為應變強化指數；

步驟3，如果初始屈服應變SIGY為零，發生屈服時的應變由線彈性應力應變方程和應變硬化方程得出：σ＝Eε；進而計算獲得材料發生屈服時的應變為：E表示應力；

如果初始屈服應力SIGY不等于零，并且大于0.02，則發生屈服時的應變由線彈性應力應變方程和應變硬化方程得出

步驟4，進行脹接計算，其中R代表外層鋁管半徑，r代表內層鋁管半徑，下角標i、o分別表示內外壁；下角標θ代表周向；下角標r代表軸向；u代表回復量；則，先根據拉梅公式獲得：

進一步考慮米塞斯屈服準則，可以得到內層鋁管的極限壓力：

考慮內層鋁管進入塑性和彈性共存狀態，帶入變形方程并將其積分后的結果帶入內層鋁管內壁處邊界條件：當r＝r_i時有σ_r＝-p；并帶入屈服準則，得到下式：

同樣的對外層鋁管進行計算，并利用內外管變形協調條件，可以得到外管達到彈性極限的壓力：

當考慮卸載內外管的回復量相同時，即Δu_r0＝Δu_Ri，可以得到殘余接觸壓力：

其中C是內外管材料、集合參數確定的常數，C為：

2.如權利要求1所述的綠色輕量化纖維增強金屬層管的制造方法，其特征在于，所述步驟1中，各向異性的材料參數a，h，p根據應力計算的方法得到，或根據厚向異性指數r₀、r₄₅、r₉₀計算得出；

所述應力計算的方法為采用Bishop和Hill材料模型計算不同加載條件下的應力，從而求得各向異性的材料參數a，h，p；所述應力計算的方法中，假設σ₉₀為與軋制方向成90度方向單拉時的屈服應力，τ_s1、τ_s2為純剪時屈服應力，剪應力當σ_yy＝-σ_xx＝τ_s2時，σ_xy＝0，當σ_xx＝σ_yy＝0時，σ_xy＝τ_s1，計算獲得各向異性的材料參數

所述根據厚向異性指數r₀、r₄₅、r₉₀計算的步驟具體包括計算：對于單軸拉伸，r與p為單值關系，由迭代計算獲得各向異性的材料參數a，h，p；

式中，σ₉₀是與軋制方向90°單拉時的屈服強度，對于面心立方材料，m＝8，對于體心立方材料，m＝6。