结构材料在轴向位移下的贡献度及应力变化

首先，本章基于光缆拉扭理论模型，根据玻纤增强柔性管的几何特性，综合考虑了截面变形、绳变形和平衡方程，通过编程计算得到了理论值；其次，对三根样管采用位移加载方式，得到了试验的轴向荷载-轴向位移曲线；第三，将玻璃纤维绳“嵌入”结构加强层实体中，基于有限元分析方法，着重对玻璃纤维应力变化进行分析研究；最后，对比理论解、有限元解和试验结果，进行误差来源及参数分析，得到不同参数条件下玻纤增强柔性管的力学性能。具体结论如下：

（1）玻纤增强柔性管拉伸试验的轴向荷载-轴向位移曲线接近于真实的HDPE拉伸曲线。由于理论模型和有限元模型中的材料模型均为双折线模型，所以两者的结果均接近于HDPE的双折线简化模型，有限元和理论值结果曲线介于三根样管试验曲线之间。

（2）拉伸作用下的玻纤增强柔性管有明显的颈缩现象；有限元解和理论解之间存在微小差异是由于两个模型之间玻璃纤维绳结构与HDPE基底之间的关系考虑方式不同。

（3）当轴向位移较小时，HDPE作为主要的承拉构件，玻璃纤维结构此时的贡献度较小；随着轴向位移的增加，玻璃纤维结构的贡献度不断上升并超过HDPE的贡献度。

（4）每层玻璃纤维应力变化趋势一致，且由内而外逐层增加。除此之外，相邻两层的玻璃纤维缠绕角度相反但应力接近，且相邻奇数层与偶数层玻璃纤维应力大小之间并没有规律。各节点玻璃纤维应力在轴向位移较小时吻合度较高，在加载后期变化趋势各异，有些位置的玻璃纤维有压应力存在。(www.xing528.com)

（5）玻纤增强柔性管的拉伸刚度随着玻璃纤维缠绕角度的增加而增加。相比于玻璃纤维对总拉伸荷载的贡献度变化较大，HDPE受玻璃纤维缠绕角度的变化影响并不大。

（6）玻纤增强柔性管的拉伸性能不会随着纤维数量的增多而发生明显变化，但每一根纤维的应力会随纤维数量的增多而降低。

（7）随着径厚比的增加，不论是弹性阶段还是塑性阶段，玻纤增强柔性管的拉伸刚度不断增加，但屈服位移并无太大变化。其中HDPE材料的拉伸荷载-位移曲线变化与总体拉伸荷载-位移曲线相近。

（8）随着内衬层或外保护层厚度的增加，玻纤增强柔性管的屈服位移并无太大变化，但轴向刚度不断增加。其中HDPE材料的轴向力也随着内衬层厚度的增加而不断增大。