管狀機(jī)織物在管子上抽拔過程的動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬.pdf

1、管狀機(jī)織物是具有一定空間結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)的織物，因其相比于其它管狀織物材料，如立體縫紉、編織、針織等具有優(yōu)良的形態(tài)穩(wěn)定性、均勻性、相對(duì)較高的強(qiáng)度和較高的生產(chǎn)效率，而被廣泛地用作管道的內(nèi)襯和外套織物。在其外套或內(nèi)襯于管子的抽拔過程中，管狀機(jī)織物的幾何和力學(xué)屬性將影響使用性能。用高性能纖維制造的管狀機(jī)織物因有較高的比強(qiáng)度和比剛度，因而其具有更高的耐疲勞性能。由于管狀機(jī)織物細(xì)觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，管狀機(jī)織物在管子上抽拔過程的動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬過程的應(yīng)用研究

2、目前仍處于前期探索階段。有關(guān)管狀機(jī)織物在管子上的抽拔過程和管狀機(jī)織物受力破壞機(jī)理的研究對(duì)管狀機(jī)織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
　　本文主要運(yùn)用有限元分析法對(duì)管織物外套和內(nèi)襯于管子的抽拔過程中的應(yīng)力和應(yīng)變分布進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬和計(jì)算。在考察管狀機(jī)織物細(xì)觀幾何結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基于對(duì)纖維束截面橢圓外接八邊形的假設(shè)構(gòu)建管織物的三維細(xì)觀模型。管子在整個(gè)抽拔過程中若無自鎖，其變形可忽略，即認(rèn)為是剛性體，這相當(dāng)于管織物的紗線是受到高應(yīng)變

3、率的作用，即可以采用高應(yīng)變率下發(fā)生最大失效應(yīng)變準(zhǔn)則。依此，采用顯示中心差分法原理建立了管子剛性體和管織物柔性體接觸時(shí)的有限元計(jì)算流程。同時(shí)，在考慮了經(jīng)紗和緯紗本構(gòu)關(guān)系的非線性以及管子和織物接觸的非線性后，為保證管織物的經(jīng)紗和緯紗與管子的接觸部位的節(jié)點(diǎn)數(shù)劃分為整數(shù)對(duì)網(wǎng)格作了劃分，并依此對(duì)整個(gè)抽拔過程進(jìn)行模擬計(jì)算，得到管狀機(jī)織物所受應(yīng)力和應(yīng)變分布與常理的應(yīng)力、應(yīng)變分布基本一致，且應(yīng)力與應(yīng)變的最大值發(fā)生點(diǎn)完全一致，其位置在管織物頂端單胞模型中

4、的接觸彎曲點(diǎn)。
　　分別對(duì)外套抽拔過程中，外套應(yīng)力及應(yīng)變分布和內(nèi)襯抽拔中的應(yīng)力應(yīng)變分布作了分析對(duì)比，得到外套管織物的抽拔作用會(huì)使其軸向的經(jīng)紗伸長(zhǎng)，而徑向的緯紗產(chǎn)生收縮，故外套抽拔過程的應(yīng)力和應(yīng)變值均大于內(nèi)襯的抽拔。改變管織物長(zhǎng)度的模擬實(shí)驗(yàn)證明，無論管狀機(jī)織物內(nèi)襯或外套于管子，管織物與管子接觸長(zhǎng)度的增加對(duì)最大應(yīng)力和應(yīng)變值及其發(fā)生位置有明顯的影響，接觸長(zhǎng)度的增加會(huì)導(dǎo)致管織物的自鎖，其摩擦自鎖長(zhǎng)度可以由摩擦接觸應(yīng)力和抽拔作用力計(jì)算得出。