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1、有榭再虎弑与多的MIANYANG POLYTECHNIC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：2016.4.5-2016.4.15 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141 部门(组) 第11组任务项目四一、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：pw=0.7Mpa；支撑架距离L=460cm；介质 密度：p L=1.2t/m3;安全系数：K=10设计内容：1.合理选择原材料；2.设计管道生产壁厚；
2、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=1.0Mpa,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=0.0019kg/m3;基础支撑角2a =120 ,在5%挠度下管的最小刚度等级大于 2500P3管道结构缠绕层的环向弹性模量 E尸20Gpa,环向强度(rb=330Mpa,强度设计安全系数取 Kf=6,许用应变e =0.5%,容许 径向挠度6 =5%。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：1 .通过查阅资料选择玻璃钢管道各层所用的原材料；2 .分析
3、已知条件，初步确定管道壁厚；3 .选择合适的生产工艺方法，并确定相应参数；4 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2.5cm,下空2cm,左空2.5cm,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。5 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6 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：pw=0.7Mpa
4、；支撑架距离L=460cnr）介质密度：p L=1.2t/m 3;安全系数：K=10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。1 .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。2 .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（ry=280/10。再由式（3-13）可求得管壁厚度。(3-4)(3-13)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/ cm3)1.61.9轴向弯曲模量/MPa
5、一一一 4(0.81.1) X 10环向拉伸强度/MPa230300水压失效应力/MPa120230环向拉伸模量/MPa一一一 4(1.72.6) X 10冲击强度（J/ cm2）19.0轴向拉伸强度/MPa85160热膨胀系数/cm/ (cm C)-4(11.219.6) X10轴向拉伸模量/MPa一一一一 4(0.81.3) X 10导热系数/w/( m C)0.267环向弯曲强度/MPa130230，.、.4吸水率/%0.2环向弯曲模量/MPa(0.91.3) X 10巴氏硬度40轴向弯曲强度/MPa100150由内压引起的轴向应力（rx=Pw （D+t） /4t一 46 =qL/384
6、ExI。0 6.5mmt=PQ/ （2（ry-P/） =0.72 X20/ （2280/10 -0.7） =0.253cm= 2.6mm初选玻璃钢管壁厚为2.6mm校核轴向强度 由表3-13查得玻璃钢管轴向拉伸强度为 85160MPa取100MPa则 安全系数取10时，允许应力为（rx=100/10=10MPa。按式（3-4）求出管壁厚，当求得管壁厚大于2.5mm时，则应增加管壁厚度将变换为代入数值得出 t=PwD/按轴向允许应力求得玻璃钢管壁厚为 度应取3.6mm方为可靠。(rx=Pw (D+t) /4t(4(rx-Pw)x=0.7 X20/ (4X 10-0.7 ) =14/39.3=0.
7、36cm3.6mm，大于按环向应力求得的壁厚，故管的厚刚度校核 当管壁厚为3.6mm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p m=1.8t/ m3）加输运介质重。即q =aD*m+$(。+0. 0072尸一 0苫小=L 2X、X0.乃 + L gx*产0 2+a 0072)?0. 2SJKO. 042t/m420N/m 玻璃钢管截面惯性矩h由下式求比。h =彳(尺；卜一心)(20. 36“-20* ) =89&3cm代人式(3-14)=心/38坦儿0. 4gX46O484X0. 9X104Xii9930. 42X2116003
8、84 X 9000X8993=6, 0mm 200cm时，贝Uq=GrB(3-15)式中r回填土的密度，kg/ cm3;Bd标准沟的宽度；G 一由管沟类型条件决定的载荷系数。Cd的计算式如下。C=M3 (1-e-H/V3-Bd)(3-16)式中B d为标准沟的宽度。基础条件的种类和有效 反作用力的支承角2a,如图3-6所示。3-5耳聪上部土压力布 i-a*r 2t 2a*W图3-6柒础条件的种类和有效反作用力的支收相%表3-15为管径在200200mme围标准沟的宽度表3-15 标准沟的宽度公称直径/mm200250300350400450500600700800标准沟宽度Bd/cm70808
9、590100105110135145160公称直径/mm90010001100120013501500165018002000标准沟宽度Bd/cm175185205220235255270290320当 r=0.0018kg /cm3、H=200cm寸，回填土的垂直静压力为 q=0.0018 X 200= 0.36kg/cm= 0.036MR当H200cni而q的计算值小于0.036MPa时，则仍应取q=0.036MPa3.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
10、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=1.0Mpa,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=0.0019kg/m3;基础支撑角2a =120 ,在5%挠度下管的最小刚度等级大于 2500P3管道结构缠绕层的环向弹性模量 E尸20Gpa,环向强度(rb=330Mpa,强度设计安全系数取 Kf=6,许用应变e =0.5%,容许 径向挠度6 =5%。设计内容：确
11、定管道的生产壁厚。解：静土压由管的直径，查表3-15可得标准沟宽Bd = 255cm由式(3-14)计算得到垂直静土压q=0.114kg/cm2=0.0114MPa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=0.6m,着地长度a=0.2m；由表3-18查得汽车动力系 数代1.05。则由式(3-17)计算得到一个双轮组引起的动压力为：qd=0.592kg/cm2=0.0592MPaO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
12、环向各点的弯矩，其最大弯矩为| Mnaxl =261kg.cm/c廿2610NI - rnm/mm由内压计算强度层的厚度设夹砂管的缠绕结构层厚度为11,树脂夹砂层厚度为to,内衬层厚度取ti=2mm总壁厚to=ti+to十ti。计算时不考虑夹砂层和内衬层的强度。(ry=pdM2t i er b/Kf其中 d m=D+t= Dt1=1 X 1400 X 6/2X330=12.7mm(5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I= (ti+to) 3-t 03/12组合应变：=PA +2E51十6 II(九r n5+r 丁一对e图3-13管
13、室结构代人已知参数，得夹砂层厚度：t0=7mm径向挠度校核查表3-19和表3-20 ,基础系数取变形滞后系数得出土的被动阻力系数e=0.4kg/cmK=0. 09F=1. 5r=D/2=70cmI =/12 = 608, 5nuii 0. GOHMm也式U 2S)考虑动荷载的作用，径向挠度EJ+0 .而 1/_ U； 5X0. IM十d 592)X(X09X73 200000X0. 60S54-0, 061C0?l X 70*=2. 33cm33/140=1. 7%5%2500Pa总壁厚t=t i+t0+ti=12.7+7+2=21.7mm总结通过对玻璃钢管道设计的学习，使我们明确了如何分析和如何选择原材料，知道了复 合材料制品设计步骤，还有结构设计的原则，设计管道时应考虑的工艺性要求，这位我们 以后实训打下了基础。和小组同学一起做任务，一起学习，体会到了共同学习，共同进步的乐趣，同时感受到了 团队的重要性，通过任务，让我们对知识了解得更加清楚了。参考文献（复合材料制品设计及应用化学工业出版社）