基于三维弹性理论的任意铺层FRP管热变形及残余应力计算方法

作者：张恒铭; 李峰^*

来源：复合材料学报, 2022, 39(12): 6139-6156.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20211222.002

• 三维弹性理论
• 热残余应力
• 等效热膨胀系数
• Hashin失效准则
• 破坏模式
• 强度比方程

为了解决纤维增强树脂复合材料(FRP)圆管在工程中热变形和热残余应力的问题，提出了一种针对任意铺层FRP圆管等效热膨胀系数和热残余应力的计算方法，该方法是综合考虑了层合效应、各向异性材料三维本构关系的三维弹性理论。通过与本文试验和ANSYS数值模型的多组数据进行对比分析，验证了理论的正确性。并以此理论模型为基础，首先对多种铺层FRP圆管等效热膨胀系数进行研究，其次结合Hashin失效准则的强度比方程，对由热残余应力引起FRP圆管强度失效进行分析。结果表明：FRP圆管铺层角度对等效热膨胀系数的影响在热缩阶段、热胀阶段表现不同，且存在等效热膨胀系数为0的铺层方式；径厚比仅对等效径向热膨胀系数影响较大，对等效轴向热膨胀系数无影响；温差大小及温差方向影响FRP圆管的破坏模式及破坏位置，热残余应力引起的FRP圆管的强度破坏均为基体破坏。

• 单位
  野战工程学院; 中国人民解放军陆军工程大学