深海系纜中纖維及復(fù)絲的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著海上大型系泊系統(tǒng)在海洋資源開采工程中的大量應(yīng)用,系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性成為專家們越來越關(guān)心的問題。針對深海系纜的編制結(jié)構(gòu),可以把深海系纜進(jìn)行拆分:纖維,復(fù)絲(很多平行纖維束),單小股(由復(fù)絲平行捻制而成),大股(由單小股平行捻制而成),繩(由大股平行捻制而成),由多根繩構(gòu)成系纜。因此纜繩的力學(xué)性能是由單小股和大股本身的力學(xué)性能和捻制結(jié)構(gòu)決定的。而單小股的力學(xué)性能又是由纖維和復(fù)絲本身的力學(xué)性能和捻制結(jié)構(gòu)決定的。研究纖維及復(fù)絲的力學(xué)

2、性能,對單小股、大股、繩乃至系纜的力學(xué)性能的研究有根本的作用,從而具有重要的研究價(jià)值。
　　 本文對構(gòu)成系纜的纖維進(jìn)行了拉伸強(qiáng)度性能實(shí)驗(yàn)研究。由于纖維本身存在承受拉力微小、變形很大等特點(diǎn),針對該實(shí)驗(yàn),自主研制了小拉力.大變形拉伸實(shí)驗(yàn)裝置。由于纖維直徑在微米量級(平均40μm),選擇了顯微鏡下測量直徑。實(shí)驗(yàn)得到了拉伸強(qiáng)度特性曲線的三個階段及纖維屈服強(qiáng)度、破斷強(qiáng)度、初始彈性模量等性能指標(biāo)?？偨Y(jié)規(guī)律,得到纖維的初始模量受加載速率因素的

3、影響不大,基本為一常數(shù)值。隨加載速率增大,纖維破斷強(qiáng)度減小,并逐漸趨于一穩(wěn)定值,并且擬合公式得到,破斷強(qiáng)度∝1／√加載速率。通過電子顯微鏡觀測了纖維的拉伸斷面形態(tài),并定性的分析了其成因。拉伸斷面形態(tài)受拉伸速度的影響很大。拉伸速度越快,纖維發(fā)熱量越大,纖維斷面受熱能的影響越大,表面屈曲狀態(tài)越嚴(yán)重。對纖維的蠕變性能也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,得到了纖維的典型蠕變曲線。分析了纖維蠕變的減速、勻速這兩個典型階段。總結(jié)出隨應(yīng)力增大,蠕變速率加快；且應(yīng)力水平

4、越高,現(xiàn)象越明顯。而后,擬合得到對數(shù)形式的纖維蠕變函數(shù)ε=ε0+θ1(lg(t)1+θt,為估算其服役壽命提供了依據(jù)。對復(fù)絲進(jìn)行了拉伸實(shí)驗(yàn),指出其應(yīng)力.應(yīng)變曲線包括,彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和斷裂階段,并從纖維分子結(jié)構(gòu)的角度定性的分析了復(fù)絲的拉伸機(jī)理。通過纖維的強(qiáng)度性能參數(shù)對復(fù)絲的強(qiáng)度性能參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測。提出復(fù)絲的真實(shí)截面積和實(shí)驗(yàn)測得的截面積并不相等,給出比值κ2=π／2√3≈0.9069,并建立了相關(guān)公式。最后,用復(fù)絲的預(yù)測值和實(shí)