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玻璃钢夹砂管道环刚度有限元分析及优化

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摘要

第1章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 研究的意义及目的

1.2.1 研究意义

1.2.2 研究目的

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国内外玻璃钢夹砂管研究现状

1.3.2 国内外玻璃钢夹砂管应用现状

1.3.3 在工程应用研究中亟待解决的问题及发展前景

1.4 研究内容与方法

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法

1.5 本章小结

第2章 基于ANSYS玻璃钢夹砂管环刚度分析

2.1 管道环刚度及应变

2.1.1 管道环刚度

2.1.2 管道应变

2.2 玻璃钢夹砂管道环刚度及应变试验

2.2.1 管道环刚度试验

2.2.2 管道应变试验

2.3 基于ANSYS玻璃钢夹砂管道环刚度及应变分析

2.3.1 基于ANSYS玻璃钢夹砂管道环刚度分析

2.3.2 玻璃钢夹砂管道环刚度结果分析

2.3.3 基于ANSYS玻璃钢夹砂管道应变分析

2.3.4 玻璃钢夹砂管道应变结果分析

2.4 本章小结

第3章 玻璃钢夹砂管道环刚度影响因素分析

3.1 玻璃钢夹砂管的制作工艺

3.1.1 玻璃钢夹砂管原材料介绍

3.1.2 玻璃钢夹砂管制作工艺

3.1.3 玻璃钢夹砂管制作流程

3.2 设计变量对管道环刚度的影响

3.2.1 管道层数对环刚度的影响

3.2.2 纤维体积比对环刚度的影响

3.2.3 交叉缠绕层体积比对环刚度的影响

3.2.4 纤维缠绕角度对环刚度的影响

3.3 本章小结

第4章 基于PSO算法的管道优化设计

4.1 PSO优化理论简介

4.2 管道优化流程

4.2.1 PSO算法原理

4.2.2 优化目标

4.2.3 优化变量及约束条件

4.2.4 优化流程

4.3 优化结果及讨论

4.4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士期间的论文

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摘要

随着复合材料的迅速发展和广泛应用,玻璃钢夹砂管所受的关注度也不断提高。传统的地下管道以钢筋混凝土管为主。但钢筋混凝土管耐腐蚀性差,输送量小,易锈蚀,锈蚀严重后,使输水阻力增加。相比之下,玻璃钢夹砂管耐腐蚀性强,摩擦力小,输水量大,很适合城镇供水,尤其适合远距离供水。且不需要常年检修。因此,在我国传统钢管和混凝土管道有逐渐被玻璃钢夹砂管替代的趋势。
  玻璃钢夹砂管道性能优良,适用于各种排水排污,埋地工作。但玻璃钢夹砂管的成本比混凝土管道成本高。许多国家因为玻璃钢夹砂管道造价高于其他管道而不予采用。结合目前玻璃钢夹砂管在全球的应用现状,需要对玻璃钢夹砂管道的结构进行优化,降低其成本,使其得到更广泛的应用。
  (1)以DN1500玻璃钢夹砂管道为例,首先对其环刚度进行实验探究;然后运用ANSYS对管道环刚度进行模拟计算;将实验数据与模拟数据进行对比,验证了ANSYS分析管道环刚度的可行性;最后引入管道应变参数,将ANSYS应用于管道应变分析,进一步验证了ANSYS分析管道其他力学性能的可行性。
  (2)基于ANSYS对管道环刚度分析的可行性,引入管道层数、纤维体积比、交叉层体积比、纤维缠绕角度四种变量,通过数值模拟,得到环刚度与四种变量的关系,有助于管道结构的优化。
  (3)为了使管道在满足环刚度前提下,结构最优,利用MATLAB与ANSYS联合仿真技术,结合PSO智能算法对管道结构进行优化。结果表明,ANSYS是分析管道环刚度及其他力学性能的有效路径之一。可运用ANSYS,对影响管道环刚度的因素进行分析,并可联合MATLAB对玻璃钢夹砂管道的结构进行优化。优化后的管道,既满足优化前环刚度要求,又达到降低成本的目的。

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