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孔网钢带耐热聚乙烯预制保温管线膨胀系数和弹性模量分析

作　者: 师卿
导　师: 王飞
学　校: 太原理工大学
专　业: 供热供燃气通风及空调工程
关键词: 孔网钢带耐热聚乙烯预制保温管线膨胀系数弹性模量有限元分析过渡段
分类号: TU995.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

孔网钢带耐热聚乙烯预制保温管是一种新型供热管道,由孔网钢带耐热聚乙烯复合管(含管件)、聚氨酯硬质泡沫塑料保温层和聚乙烯保护壳组成。孔网钢带耐热聚乙烯复合管是预制保温管的核心,是以冷轧冲孔钢带焊接的孔网管作为增强骨架,耐热聚乙烯(PE-RT)为主体材料复合而成。由于引入了增强骨架和耐热聚乙烯,管材的耐压强度和耐热性能都得到显著提高,可用于热水输送管道、供热二次网管道等。孔网钢带耐热聚乙烯预制保温管在直埋供热应用领域缺乏足够的理论依据和实践案例,保温层和保温外壳对管道力学性质的影响也是未知的。因此,以预制保温管整体为研究对象,对其进行力学性能分析是十分必要的。本文从有限元分析、实验研究和复合材料细观力学理论三个方面对两种规格的孔网钢带耐热聚乙烯预制保温管进行了较为系统的研究。主要研究内容和结论有：1、利用有限元软件对dn110和dn200两种规格的孔网钢带耐热聚乙烯预制保温管进行热分析和结构分析。对模型外壁施加20℃温度载荷,内壁分别施加50℃,70℃,90℃温度载荷,模拟出温度场在管道的径向分布。以温度场为边界条件,模拟出模型的轴向热位移,并根据模拟结果计算出孔网钢带耐热聚乙烯预制保温管的线膨胀系数有限元值。另对模型施加压力载荷和温度载荷,根据模拟结果计算弹性模量有限元值。2、设计了孔网钢带耐热聚乙烯预制保温管实验室实验台,通过实验得出dn110和dn200两种规格的线膨胀系数和弹性模量实验值。根据复合材料细观力学理论,计算出不同规格线膨胀系数和弹性模量的理论计算值。用Origin软件对dn110和dn200两种规格孔网钢带耐热聚乙烯预制保温管线膨胀系数和弹性模量的有限元值、实验值和理论计算值进行分析,对复合材料细观力学理论公式进行修正,推导出不同规格管道的线膨胀系数和弹性模量修正值。为孔网钢带耐热聚乙烯预制保温管应用于直埋供热工程提供设计计算参数。3、设计了孔网钢带耐热聚乙烯预制保温管地坑实验。通过模拟dn110和dn200两种规格管道在直埋供热工程中的运行状态,测得复合管的过渡段长度、热伸长和管道的轴向力。并和理论计算的复合管道最大过渡段长度、热伸长以及轴向力进行比较,验证了复合管道实验室实验结果、过渡段长度、热伸长量、弹性模量以及线膨胀系数等结论的准确性和正确性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-23
  1.1 课题研究的背景  13-17
    1.1.1 集中供热及分户热计量简介  13-14
    1.1.2 集中供热面临的问题  14-17
  1.2 课题研究的现状  17-19
    1.2.1 钢塑复合管简介  17-18
    1.2.2 钢塑复合管的应用  18
    1.2.3 钢塑复合管国内外研究现状  18-19
  1.3 课题研究的意义  19-20
  1.4 课题研究的内容  20-23
第二章钢塑复合管的ANSYS模拟  23-49
  2.1 有限元及ANSYS简介  23-25
    2.1.1 有限元简介  23
    2.1.2 ANSYS简介  23-25
  2.2 ANSYS热分析和结构分析简介  25-28
    2.2.1 ANSYS热分析  25-27
    2.2.2 ANSYS结构分析  27-28
  2.3 钢塑复合管热分析  28-35
    2.3.1 创建模型  28-29
    2.3.2 划分网格  29-31
    2.3.3 施加载荷  31-32
    2.3.4 求解及后处理  32-35
  2.4 钢塑复合管结构分析  35-48
    2.4.1 热——结构耦合  35
    2.4.2 结构单元简介  35-36
    2.4.3 有限元求解线膨胀系数  36-42
    2.4.4 有限元求解弹性模量  42-48
  2.5 本章小结  48-49
第三章钢塑复合管的实验室实验  49-77
  3.1 线膨胀系数和弹性模量的简介  50-51
    3.1.1 线膨胀系数  50-51
    3.1.2 弹性模量  51
  3.2 钢塑复合管线膨胀系数实验  51-61
    3.2.1 实验方案  51-52
    3.2.2 实验系统图  52-54
    3.2.3 钢塑复合管参数及主要实验设备  54
    3.2.4 实验步骤  54-55
    3.2.5 实验结果及数据处理  55-59
    3.2.6 线膨胀系数实验分析  59-61
  3.3 钢塑复合管道线膨胀系数理论值  61-67
    3.3.1 线膨胀系数理论计算值  61-63
    3.3.2 线膨胀系数修正值  63-67
  3.4 钢塑复合管弹性模量实验  67-71
    3.4.1 实验方案  67-68
    3.4.2 实验系统图  68-69
    3.4.3 实验设备  69
    3.4.4 实验步骤  69-70
    3.4.5 实验结果及数据处理  70-71
  3.5 钢塑复合管弹性模量的理论计算  71-76
    3.5.1 弹性模量理论计算  71-73
    3.5.2 弹性模量修正值  73-76
  3.6 本章小结  76-77
第四章钢塑复合管地坑实验  77-91
  4.1 钢塑复合管地坑实验  78-86
    4.1.1 实验方案  78-80
    4.1.2 实验步骤  80-82
    4.1.3 实验结果及数据分析  82-86
  4.2 钢塑复合管理论过渡段长度  86-89
  4.3 钢塑复合管弹性模量的验证  89-90
  4.4 本章小结  90-91
第五章总结与展望  91-93
  5.1 总结  91-92
  5.2 展望  92-93
参考文献  93-97
致谢  97

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