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1、2004年第6期玻璃钢/复合材料3RPM管环向拉伸强度的测试周仕刚,付强(同济大学工程力学与技术系,上海200092)摘要:针对RPM管环向拉伸强度测试中采用板条状试样所存在的问题,理论分析和试验研究表明通过改变试样形状和尺寸可明显改善测试结果。关键词:RPM管;环向拉伸强度;测试方法+中图分类号:TQ32711;TU532161文献标识码:A文章编号:1003-0999(2004)06-0003-051前言=Ft/(bt)(Ft为拉伸破坏载荷,b、t为试样破坏截面玻璃纤维增强塑料夹砂管(RPM管)由于具有宽度和厚度)计算确定环向拉伸强度偏
2、小。本文将首先对试样对称截面上的受力情况进行分析,然后诸多的优良特性而得到越来越广泛的应用。对考虑到管道直径的不同,通过改变试样的几何尺寸、RPM管而言,其环向拉伸强度是保证RPM管产品质量的最为重要的性能指标之一。如何准确而又简开口宽度、夹持长度等设计了多组试样进行了试验,结合测得的Ft-$(Ft为拉伸载荷,$为试样变形)便地测得RPM管的环向拉伸强度是目前RPM管曲线与试样破坏情况,得出了一些有意义的结果,并检验过程中所面临的一个较难解决的问题。在国内对板条状试样的几何形状和尺寸作出了新的建议,外现行的RPM管产品标准中,对于RPM管环
3、向拉伸强度的检测有三种方法[1~3],即内水压法、分离盘可望由此得到较好的效果。法和样条法。2环向拉伸试样对称截面的应力分析内水压法是在两端封闭的一定长度(不小于2.1受力分析模型3Dw,Dw为管道的外直径)管段中注满水,然后通在内半径为R,壁厚为t的RPM管管壁上,沿过压力泵对其加压,直到试样破坏。分离盘法是在环(圆周)向取出圆心角为2A的试样,试样的宽度为一圆环试样(宽度为4~10mm)中放入外径与试样B,如图1所示。为保证试样受拉后在对称轴处断内径相同的由两个半圆组成的圆盘,在两个半圆盘裂,故在对称轴处开一长度为2w,深为b1的小槽,
4、对称轴方向施加反向拉力直到试样破坏。样条法是在管壁沿环向取出的板条状试样,在试样两端施加反向拉力至试样破坏。由于内水压法所需的试样用料较多,测试的周期较长,试验方法较复杂,要做到两端完全密封较为困难,同时试验有一定的危险性,故较少采用。虽然分离盘法较内水压法用料少且没有危险性,但其取样较为麻烦,同时需要一系列的分离盘,而且管径较大时分离盘质量较大,因而测试过程较样条法复杂。样条法实施过程中制样和测试均较为方便,因而最为常用。但当管道直径较小时,采用样条法所测出的环向拉伸强度明显小于其它两种方法的测试结果,因而样条法也存在明显的不足。[4,5
5、]由于对从管壁沿环向取出的板条状试样两端施加反向拉力的作用线往往不通过试样破坏截面中心,因此在板条拉伸试样的破坏面上存在弯曲应图1受力分析模型Fig.1AnalyzingModel力造成试样两侧不是同时而是先后被拉坏,而按Rt收稿日期:2004-03-29作者简介:周仕刚(1963-),男,教授,博士,主要从事复合材料基本力学性能及其应用研究。FRP/CM2004.No.64RPM管环向拉伸强度的测试2004年9月槽口对应的圆心角为2A0。$=(R+t/2)(1-cos((A+A0)/2))A/WZ(11)设在测试时如图1(b)夹持面上所受
6、的使试样若试样为均质材料,则上式可转化为:产生拉伸的切向力也是均布的,这样可把夹持面的$=6(R/t+1/2)(1-cos((A+A0)/2))(12)这种力简化为一作用在试样宽度和厚度中间层交线应力偏差$越小,说明破坏面上的拉应力分布越均与圆心角(A-A0)的角平分线交点上的集中载荷,设匀,则试样最可能全截面材料同时被拉坏,测出的结该点载荷的大小为Ft。果也就最可能接近真实结果。2.2破坏截面应力分析按照国家建材行业标准/玻璃纤维缠绕增强塑由于力的作用点与试样的破坏面即对称面的中料夹砂压力管0(JC/T838-1998)[1]中的相关规定
7、心点(截面形心)有偏心距为e,故对称面上的应力制取试样(假设试样为均质材料),可以估算出应力由两部分组成。一部分为由轴向力N引起的应力,偏差$。当R/t=35时,若R从100mm变化到另一部分为由偏心引起的弯矩M所产生的应力。2000mm,相应的$=(539~14.0)%;当R/t=25其中轴力N为:时,若R从100mm变化到2000mm,相应的$=N=Ft(1)(387~10.1)%。按照国家城镇建设行业标准/玻璃式中Ft为试样所受的拉伸载荷,kN。增强塑料夹砂管0(CJ/T3079-1998)[2]中的相关而弯矩M为:规定制取试样,其应
8、力偏差$会更大些。M=Ft#e(2)通过上述计算可知,当管道的公称直径较小时式中e为试样所受的拉伸载荷Ft作用线与破坏面应力偏差$很大,即破坏截面上最大弯曲应力远大形心之间的距离
