[发明专利]一种热塑性复合管热膨胀系数预测方法

摘要

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。

主权项

1.一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为增强层纤维缠绕方向的热膨胀系数，αf为增强层纤维的热膨胀系数，Ef为增强层纤维的拉伸弹性模量，vf为增强层纤维的体积分数；αm为增强层树脂的热膨胀系数，Em为增强层树脂的拉伸弹性模量，vm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＝vf(1+vf)αf+vm(1+vm)αm‑(vfvf+vmvm)α1   (2)其中：α2为增强层与纤维缠绕垂直的方向热膨胀系数，vf为纤维的泊松比，vm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塑料层的热应力：增强层沿着纤维缠绕方向单位温差热应力为：增强层垂直纤维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：Rx＝R1m2+R2n2   (5)复合管增强层横向热应力为：Ry＝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vn为复合管内衬层塑料的泊松比，vw为复合管外层塑料的泊松比，αn为复合管内衬层塑料的热膨胀系数，αw为复合管外层塑料的热膨胀系数，En为复合管内衬层塑料的拉伸弹性模量，Ew为复合管外层塑料的拉伸弹性模量。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：Aij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。Nx为复合管轴向热应力，Ny为复合管横向热应力，tk为第k层厚度，包括复合层各单层以及内衬层和外层塑料层。