[发明专利]一种热塑性复合管热膨胀系数预测方法

说明书

本发明公开了一种热塑性复合管热膨胀系数预测方法，属于热塑性复合管技术领域。本发明的复合管为三层结构，内衬层为热塑性树脂、中间为纤维增强层、外层为热塑性树脂，研究复合管中三层材料的相关性能参数及温度对复合管的应力应变关系的影响，从而得到复合管热膨胀系数与各独立组分热膨胀系数的关系，建立复合管热膨胀系数的预测模型。本发明采用了以上技术方案，可根据复合管三层结构中各材料的热膨胀系数、拉伸弹性模量、泊松比、体积分数、缠绕角度及厚度等参数，方便准确的预测复合管的热膨胀系数。

技术领域

本发明涉及热塑性管道技术领域，具体涉及一种热塑性复合管热膨胀系数预测方法。

背景技术

热膨胀系数是复合管道在安装过程中需要考虑的热性能之一，在复合管应用过程中，其热胀冷缩性能对管道的长度设计有很重要的影响，尤其是管道长度过大时，需要在管道连接处设计伸缩节，来调整管道安装时因长度的变化而引起的管道破坏现象。复合管的增强层厚度可根据管道工作压力的使用要求进行设计，从而其缠绕角度也可以发生对应的变化，缠绕角度发生变化，其热膨胀系数就发生相应的变化。目前已公开的文献中关于缠绕玻璃钢管道的热膨胀系数分析方法，该方法是用来预测全复合结构，相当于本发明专利中的增强层，并不包含内外层的多层复合管结构。因此，建立一种方便的多层复合管热膨胀系数预测方法，可以减轻复合管设计人员工作量，对于控制复合管的破坏具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种热塑性复合管热膨胀系数预测方法。

本发明的技术方案如下：

一种热塑性复合管热膨胀系数预测方法，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，其特征在于，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：