玻璃钢管道设计

玻璃钢产品设计》课程任务报告书项目四玻璃钢管道设计复材141第11组项目负责人项目组成员起止时间：指导老师：杨娟

绵阳职业技术学院材料工程系2015-2016学年第2学期玻璃钢产品设计课程任务书班级复材班级复材141部门（组）第11组任务项目一、 任务题目：任务一：根据已知设计条件，合理设计玻璃钢架空管道。设计条件：管道内径d=200mm；工作压力：p=；支撑架距离L=460cm;介质密度：pw二rw；安全系数：K=10L设计内容：1.合理选择原材料；2.设计管道生产壁厚；3.确定生产工艺方法。任务二：根据已知条件，设计埋地夹砂管道。设计条件：管道直径D=1400mm，埋深H=600mm，最大工作内压P=，要求允许通过20t载重汽车。回填土为不紧固砂质粘土，其密度p土二rw；基础支撑角2a=120°，在5%挠度下管的最小刚度等级大于2500Pa。管道结构缠绕层的环向弹性模量E=20Gpa，环向强度o=330Mpa，强度设计安全系数取K=6，许用应变［门=%，容许径向挠度&=5%。bf设计内容：确定管道的生产壁厚。二、 任务内容和要求：（1） 内容及要求：通过查阅资料选择玻璃钢管道各层所用的原材料；分析已知条件，初步确定管道壁厚；选择合适的生产工艺方法，并确定相应参数；（2） 任务报告要求任务报告内容包括封面、任务书、正文、总结（收获体会）、参考文献。任务报告统一用A4纸打印，版面边距上空，下空2cm，左空，右空2cm;正文用宋体小四号字；页码底端居中，小五号字；行间距：固定值19磅。（3） 进度要求：任务下达日期： 2016年4月5日任务完成日期： 2016年4月15日（4） 其它要求各组成员必须服从组长安排，积极配合、认真完成下达任务并按时提交任务报告。任务一：根据已知设计条件，合理设计玻璃钢架空管道。设计条件：管道内径d=200mm；工作压力：p=；支撑架距离L=460cm;介质密度：pw二rm；安全系数:K=10L设计内容：1.合理选择原材料；2.设计管道生产壁厚；3.确定生产工艺方法。合理选择原材料根据价格与性质选择增强材料为E玻纤，基体材料选择不饱和聚酯树脂191井，其内衬层选用乙烯基树脂，以达到耐温，耐酸碱的作用。设计管道生产壁厚按环向强度计算管壁厚度 由表3-13取环向拉伸强度280MPa则环向许用应力[oy]=280/10。再由式(3T3)可求得管壁厚度。表3-13缠绕聚酯玻璃钢管物理力学性能项目数值项目数值密度/(g/轴向弯曲模量/MPa~X104cm3)230~300水压失效应力/MPa120~230环向拉伸强度~X104冲击强度J/cm2)/MPa85~160热膨胀系数/[cm/(cm.。~X10-4环向拉伸模量~X104C)]/MPa130~230导热系数/[w/(m.oC)]轴向拉伸强度~X104吸水率/%$40/MPa轴向拉伸模量/MPa环向弯曲强度/MPa环向弯曲模量/MPa轴向弯曲强度/MPa100~150巴氏硬度由内压引起的轴向应力ox=Pw(D+t)/4t (3-4)&二qL4/384EIW (3-13)x0t=PD/(2[oy]-P)=X20/(2[280/10]-)=~w w初选玻璃钢管壁厚为。校核轴向强度由表3-13查得玻璃钢管轴向拉伸强度为85~160MPa，取100MPa。则安全系数取10时，允许应力为[ox]=100/10=10MPa。按式(3-4)求出管壁厚，当求得管

壁厚大于时，则应增加管壁厚度。将 [ox]二Pw(D+t)/4t变换为 t=PwD/(4[ox]-Pw)代入数值得出 t=X20/(4X)=14/二x按轴向允许应力求得玻璃钢管壁厚为，大于按环向应力求得的壁厚，故管的厚度应取方为可靠。刚度校核当管壁厚为时，按简支梁受均匀荷载计算，按式(3-14)求其最大挠度。管上的均匀荷载q等于玻璃钢管自重(玻璃钢的密度pm二m3)加输运介质重。即384X9000X8993(3-16)B为标准沟的宽度。基础条件的种类和有效384X9000X8993(3-16)B为标准沟的宽度。基础条件的种类和有效dEl3-5閏壤土静七压分布[一目圳土卩2—=1, s4+l.8X^—[co.2+0,0072)^—0.22]—or042t/m^420N/m玻璃钢管截面惯性矩h由下式求出./□=予(握;卜一凡)=葺星⑶.邂-20J)=89S?3en?代人式C3-U)642X460'占=£/屈隔如=翻4衣0.9>；W海豁°-4EX2116°° 律钿642X460'满足刚度条件。但根据玻璃钢管最小壁厚要求，管壁厚最终确定为。(2)埋地管结构设计①埋地管所受荷载埋地管承受的荷载有管道工作内压、回填土静土压和地面活荷载等。因管道内压与架空管相同，故这里只讨论回填土静土压和地面活荷载。a.回填土引起的静土压 回填土对玻璃钢管壁产生的压力如图3-5所示。其压力与回填土的密度r,管道埋设深度Ho及埋管时控沟宽度有关。可用詹森Janssen)公式计算。即当HW200cmq=rH (3-14)当H>200cm时，贝I]q=CB (3-15)drd式中 r——回填土的密度，kg/cm3；B——标准沟的宽度；dC一一由管沟类型条件决定的载荷系数。dC的计算式如下。dC=V3(1-e-H/Bd)d式中

反作用力的支承角2a，如图3-6所示。<4華魏 H雄础M*1静屉 厂1「基础条件的种类和有蚊反作用比的支嗫斯%M*1静屉 厂1「基础条件的种类和有蚊反作用比的支嗫斯%表3-15为管径在200〜200mm范围标准沟的宽度。表3-15标准沟的宽度公称直径/mm002502003503040504050060070080标准沟宽度788910111131416B/cmd00500050550公称直径/mm91111311618200000010020050500500000标准沟宽度1122232272932B/cm d 175850520555000当r=/cm3、H=200cm时，回填土的垂直静压力为q=X200=cm2~。当H>200cm,而q的计算值小于时，则仍应取q二。确定生产工艺方法生产该管道采用缠绕工艺(1)内衬层制作；玻璃纤维环向和交叉缠绕，使用乙烯基附脂。(2)结构层制作：并将纤维进行螺旋、环向组合方式铺设，其螺旋方向缠绕承受轴向应力、环向缠绕则承受环向应力。(3)外衬层制作：玻璃纤维环向和交叉缠绕。管道设计为10-12m长，以便运输、安装。每根管道使用法兰连接。任务二：根据已知条件，设计埋地夹砂管道。设计条件：管道直径D=1400mm，埋深H=600mm，最大工作内压P=，要求允许通过20t载重汽车。回填土为不紧固砂质粘土，其密度P土二m3；基础支撑角2a=120°，在5%挠度下管的最小刚度等级大于2500Pa。管道结构缠绕层的环向弹性模量E=20Gpa，环向强度o=330Mpa，强度设计安全系数取K=6，许用应变［门=%，容许径向挠度&=5%。bf设计内容：确定管道的生产壁厚。解：①静土压 由管的直径，查表3-15可得标准沟宽B=255cmd由式(3-14)计算得到垂直静土压q二cm2~①动压力 由表3-16查得20t载重汽车的后轴压力为13t，则单边双轮组压力为Pq=6500kg~65kN由表3-16查得后轮着地宽度b二，着地长度a二；由表3-18查得汽车动力系数K二。则D由式(3-17)计算得到一个双轮组引起的动压力为：q二cm2~d

由静土压和动荷载引起的组合环向弯矩由式(3-21)、式(3-22)、式(3-23)、式(3-26)可以计算出单位长度管壁沿环向各点的弯矩，其最大弯矩为IM丨二cm~2610N•mm/mmmax由内压计算强度层的厚度 设夹砂管的缠绕结构层厚度为t,树脂夹砂层厚度为1t,内衬层厚度取t=2mm，总壁厚t=t+to十t。计算时不考虑夹砂层和内衬层的强度。0 1 0 1 ioy=pd/2tWo/Km 1 bf其中d二D+t~D。mt1=1X1400X6/2X330二◎在内压和静、动荷载组合条件下校核管壁的环向弯曲应变管壁结构如图3-13所示，单位长度管壁的惯性矩l=[(t+t)3-t3]/12100组合应变：丨“^尿個只丨〔*主—卫口r"1'[〔吐+昂尸一哉〜丄」代人已知参数，得夹砂层厚度：t=7mm0◎径向挠度校核查表3-19和表3-20，得出土的被动阻力系数 e=cm3基础系数 K=0.09取变形滞后系数 F=1.5r=D/2=70cmJ/12=SOK,5mm1--0.60N5cm1III式<3-28)考虑动荷载的作用.徑向挠度EJ十山061rr4_U.5XQt114+0.592)KO.09X70'-200000X0760^5+0, 70'g-33cm^Y/D^=2.33/140=1.?%<5%o管子刚度计算卡TH 函頑 =0・004435MPa^4435Pa>2500Pa⑧总壁厚