[发明专利]一种热塑性复合管热膨胀系数预测方法

权利要求书

1.一种热塑性复合管热膨胀系数预测方法，其特征在于，其中热塑性复合管包括热塑性树脂内衬层、纤维增强层及热塑性树脂外层，所述复合管增强层中纤维体积含量为0.5-100％；

包括以下步骤：

步骤1)：确定增强层纤维带缠绕方向的热膨胀系数：

其中：α₁为增强层纤维带缠绕方向的热膨胀系数，α_f为增强层纤维的热膨胀系数，E_f为增强层纤维的拉伸弹性模量，v_f为增强层纤维的体积分数；α_m为增强层树脂的热膨胀系数，E_m为增强层树脂的拉伸弹性模量，v_m为增强层树脂的体积分数；

步骤2)：由上式(1)确定增强层与纤维带缠绕垂直的方向热膨胀系数：

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为增强层与纤维带缠绕垂直的方向热膨胀系数，μ_f为纤维的泊松比，μ_m为热塑性树脂的泊松比；

步骤3)：由上式(1)、(2)确定复合管增强层和内外层的热应力：

增强层沿着纤维带缠绕方向单位温差热应力为：

增强层垂直纤维带缠绕方向单位温差热应力为：

其中v₁为纤维带沿着纤维方向的泊松比，v₂为纤维带垂直纤维方向的泊松比，E₁为纤维带沿着纤维方向的拉伸弹性模量，E₂为纤维带垂直纤维方向的拉伸弹性模量；

复合管增强层轴向热应力为：

R_x＝R₁m²+R₂n² (5)

复合管增强层横向热应力为：

R_y＝R₁n²+R₂m² (6)

其中m＝cosθ,n＝sinθ，θ为增强层缠绕方向角；

复合管内衬层的热应力为：

复合管外层的热应力为：

其中v_n为复合管内衬层材料的泊松比，v_w为复合管外层材料的泊松比，α_n为复合管内衬层材料的热膨胀系数，α_w为复合管外层材料的热膨胀系数，E_n为复合管内衬层材料的拉伸弹性模量，E_w为复合管外层材料的拉伸弹性模量；

步骤4)：确定复合管增强层偏轴刚度矩阵及复合管内外层刚度矩阵：

复合管增强层偏轴刚度矩阵表达式为：

增强层偏轴刚度矩阵与正轴刚度矩阵关系为：

G₁₂为复合管增强层层间剪切模量；

复合管内衬层刚度矩阵为：

复合管外层刚度矩阵为

步骤5)：确定复合管轴向热膨胀系数：

其中：

A_ij为复合管拉伸刚度矩阵；k为复合管内衬层、增强层各单层及外层；

N_x为复合管轴向热应力，N_y为复合管横向热应力，

t_k为第k层厚度，包括复合层各单层以及内衬层和外层。

2.根据权利要求1所述的一种热塑性复合管热膨胀系数预测方法，其特征在于，所述纤维增强层中纤维带采用的增强材料为连续玻璃纤维、连续碳纤维、连续玄武岩纤维、连续钢纤维或连续聚酯纤维。

3.根据权利要求1所述的一种热塑性复合管热膨胀系数预测方法，其特征在于，所述复合管增强层、内衬层及外层所用的热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或聚偏二氟乙烯。