基于非线性黏弹性内聚力理论的钢丝增强塑料复合管粘结界面渐进损伤失效行为及其机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51805378
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0504.机械结构强度学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Under the long-term inner pressure loading and the high temperature, bulging deformation and ultimate failure occur in the joint of the polyethylene pipe reinforced by winding steel wires (PSP), which affects the safety of pipeline system. The previous research indicates the interfacial debonding failure in the PSP is the main cause of the PSP joint failure. In this project, the nonlinear viscoelastic property of HDPE matrix and holt melt adhesive resin will be investigated firstly. Then a one-dimensional nonlinear viscoelastic cohesive zone model will be proposed to represent the interfacial mechanical behavior. Based on the finite element simulation and the experimental research, type I and type II interfacial damage evolution of experimental specimen will be analyzed. The interfacial damage initiation criterion and the damage evolution criterion will be proposed. Afterwards, three-dimensional nonlinear viscoelastic cohesive zone model will be derived, and the investigation on the adhesive interfacial mechanical behavior under complicated stress state will be conducted. The influence of the loadings from three directions on the interfacial failure behavior will be analyzed. In the end, long-term mechanical model of PSP will be constructed to analyze the time-dependent interfacial property in PSP structure under different temperatures and long-term inner pressure. The whole failure process of PSP joint will be reproduced using the finite element model, and the mechanism of the adhesive interfacial damage evolution of PSP will be revealed. Subsequently, the life-prediction method of PSP joint will be raised. Eventually, the failure mechanism of the interfacial debonding in the PSP will be revealed through the theoretical method, numerical simulation and experimental research. It will provide a theoretical basis for the damage estimation and the life prediction of PSP joint.
在长时内压和高温的作用下,钢丝增强塑料复合管(简称PSP)接头会发生隆起变形甚至强度失效,严重影响管道系统安全。前期研究表明PSP粘结界面失效是接头失效主要原因。本项目拟从PSP基体高密度聚乙烯(HDPE)与热熔胶的非线性黏弹特性入手,提出一维非线性黏弹性内聚力本构模型表征界面力学性能,结合有限元模拟与试验研究,分析I型/II型单一失效模式下界面损伤失效行为,提出损伤起始与演化准则;扩展三维非线性黏弹性内聚力本构模型,研究复杂应力状态下试样粘结界面力学性能,分析界面三向载荷对其失效行为的综合影响;构建PSP接头长时力学性能模型,分析不同温度、长时内压下PSP钢塑界面性能随时间的变化规律,再现PSP接头失效全过程,揭示PSP钢塑界面损伤失效机理,提出接头寿命预测方法。本项目以理论、模拟与试验结合的方式开展PSP钢塑粘结界面损伤失效行为及其机理研究,为PSP接头损伤评估与寿命预测提供参考。

结项摘要

本项目开展了高聚物基体的粘弹性力学性能研究;开展了单钢丝拉拔模型界面脱粘失效研究,提出了基于反演算法的粘结界面性能评价方法;开展了粘结界面法向失效过程的分析研究工作;分析了不同钢丝埋深、材料温度线胀系数、不同温度与不同加载速率对粘结界面性能的影响;建立了全尺寸钢丝缠绕PSP有限元模型,通过内压-弯曲-温度联合作用下的失效分析验证了模型有效性,通过模型反演计算确定了混合界面失效准则,模拟再现了PSP接头区域管材内钢塑界面脱粘的全过程,PSP模型鼓胀变形趋势与实际相符。本项目相关成果可用于PSP复杂载荷下的失效模式分析、寿命预测以及其他类似的复合材料/结构承压设备的界面失效问题。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(2)
Intelligent Model-based Integrity Assessment of Nonstationary Mechanical System
基于智能模型的非平稳机械系统完整性评估
  • DOI:
    10.13052/jwe1540-9589.2022
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF WEB ENGINEERING
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Chen, Hanxin;Miao, Yuzhuo;Shi, Jun
  • 通讯作者:
    Shi, Jun
Study on steel wire reinforced thermoplastic pipes under combined internal pressure and bending moment at various temperatures
不同温度下钢丝增强热塑性管道内压与弯矩联合作用的研究
  • DOI:
    10.1016/j.tws.2021.108381
  • 发表时间:
    2021-09-08
  • 期刊:
    THIN-WALLED STRUCTURES
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Shi, Jianfeng;Zhong, Sijia;Zheng, Jinyang
  • 通讯作者:
    Zheng, Jinyang
Modeling the Interfacial Debonding Behavior Between Steel Wire and Adhesive
模拟钢丝和粘合剂之间的界面脱粘行为
  • DOI:
    10.1115/1.4047159
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Journal of Pressure Vessel Technology-transactions of The Asme
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Jun Shi;Li Zeng;Yu Wan;Jianfeng Shi;Xinyu Nie;Hanxin Chen;Zhen Yu;Guangzhong Li
  • 通讯作者:
    Guangzhong Li

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其他文献

西昆仑中新世晚期上新世早期隆升活动的沉积记录:来自塔西南棋北3井沉积物重矿物的证据
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    Acta Geologica Sinica
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    雷刚林;廖林;师俊;杜治利;罗俊成;程晓敢;陈汉林
  • 通讯作者:
    陈汉林

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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