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排水用PVC轴向中空壁管力学性能及结构优化分析
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作者 唐鹏飞 胡少伟 +3 位作者 刘国安 叶宇霄 潘福渠 侯兆光 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第3期192-200,共9页
轴向中空壁管具有节省材料、轻便易施工、成本低等众多优点,对其进行结构创新可进一步提高其优势。基于外压、内压、抗冲击和埋地模型试验及仿真分析,分析拱形孔轴向中空壁PVC管的基本受力特性,再通过有限元对不同孔形的结构壁管和实壁... 轴向中空壁管具有节省材料、轻便易施工、成本低等众多优点,对其进行结构创新可进一步提高其优势。基于外压、内压、抗冲击和埋地模型试验及仿真分析,分析拱形孔轴向中空壁PVC管的基本受力特性,再通过有限元对不同孔形的结构壁管和实壁管进行对比分析,研究结构壁孔形的影响机制,最后分析管壁布局形式对管道刚度和强度性能的影响。结果表明:随着变形的增大,实壁管外压承载力与结构壁管的比值逐渐增大,说明结构壁管刚度退化较快;外压、内压、抗冲击和埋地力学性能均表明管壁的孔形具有圆形孔>拱形孔>矩形孔的效果;圆孔中空壁管截面惯性矩相对较大,抗变形能力在中空壁管中最高;孔心偏内可提高刚度;由于轴向中空壁管的特殊受力形式,圆孔中空壁管的孔角弧长增加有效壁厚,且减少应力集中,因此荷载作用下应力相对较低。最后得出,轴向中空壁从结构上来说宜优先选择圆孔结构,根据不同的主导工况选择孔数量和孔心偏心距可进一步提高结构性能。本研究可为中空结构壁管的结构设计提供技术支撑,发挥结构壁管道的优势,增加排水管道的种类。 展开更多
关键词 轴向中空壁管 PVC 力学性能 管壁布局 结构优化
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农业灌排一体化ABR管网系统的研发和数值模拟 被引量:2
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作者 胡少伟 郭泽元 +3 位作者 金文粲 何宗院 叶宇霄 潘福渠 《灌溉排水学报》 CAS CSCD 2024年第8期21-29,共9页
【目的】设计一种适用于山东平原地区辣椒类旱田作物的农田灌排一体化ABR管网系统。【方法】采用试验测试、CFD数值模拟和试点应用的方法,开展了农田灌排一体化系统的管网优化布置和性能测试。【结果】①与单环和树状管网相比,双环等距... 【目的】设计一种适用于山东平原地区辣椒类旱田作物的农田灌排一体化ABR管网系统。【方法】采用试验测试、CFD数值模拟和试点应用的方法,开展了农田灌排一体化系统的管网优化布置和性能测试。【结果】①与单环和树状管网相比,双环等距管网布局能将系统内各灌排桩出水占比的离散系数从1.327降低至0.766,从而提高系统的供水平衡性;②单套管网系统适宜农田面积为1.5 hm2,且各灌排桩应采用50 m等间距布置;该设置下,各灌排桩灌溉出水口的流速为0.60~0.24 m/s,能够在12 h内完成农田灌溉;③系统的灌排桩单桩排水能力为28.8 m^(3)/h,足以确保在大暴雨期间农田内不会积水。【结论】该系统的实施能显著提高农田灌溉和抗洪排涝能力。 展开更多
关键词 农业水利 灌排系统 模拟 ABR管材
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硬聚氯乙烯轴向中空壁管冷却定型工艺优化与数值模拟
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作者 郭泽元 胡少伟 +3 位作者 陈伟 金文粲 唐鹏飞 潘福渠 《高分子材料科学与工程》 CSCD 北大核心 2024年第11期96-109,共14页
文中对外径500 mm的硬聚氯乙烯(PVC-U)轴向中空壁管的冷却定型过程进行了数值模拟研究与工艺优化。通过建立热传递模型和热力耦合模型研究了冷却方式、冷却时间、冷却温度和真空负压对管道冷却定型工艺的影响,并对冷却定型设备进行了优... 文中对外径500 mm的硬聚氯乙烯(PVC-U)轴向中空壁管的冷却定型过程进行了数值模拟研究与工艺优化。通过建立热传递模型和热力耦合模型研究了冷却方式、冷却时间、冷却温度和真空负压对管道冷却定型工艺的影响,并对冷却定型设备进行了优化设计。结果表明,在冷却水温为25℃、冷却时间为1500 s和真空负压-0.09 MPa的条件下,通过外径定型的真空喷淋式冷却定型工艺进行管道加工最为理想。工艺和设备优化后生产的管道成品内外径尺寸满足要求,弯曲度≤0.2%、不圆度≤0.14%、环刚度为9.47 kN/m^(2),环柔性良好。 展开更多
关键词 轴向中空壁管 硬聚氯乙烯 冷却定型 数值模拟
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新型排水用轴向中空壁聚氯乙烯埋地管力学性能试验及数值分析
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作者 唐鹏飞 胡少伟 +3 位作者 潘福渠 叶宇霄 侯兆光 何宗院 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1509-1522,共14页
为了研究埋地轴向中空壁塑料排水管的变形与力学响应特性,以便充分利用材料与结构性能,基于模型箱试验,获得埋地管道受到土荷载、地面荷载和管土相互作用下管道及其管周土体的力学及其变形特性;基于ABAQUS有限元分析管截面在埋地外压、... 为了研究埋地轴向中空壁塑料排水管的变形与力学响应特性,以便充分利用材料与结构性能,基于模型箱试验,获得埋地管道受到土荷载、地面荷载和管土相互作用下管道及其管周土体的力学及其变形特性;基于ABAQUS有限元分析管截面在埋地外压、排水内压及两者组合作用下的应力和变形特性,建立管道的基本力学参数在砂箱试验与真实埋地条件下的换算关系,提出边界效应修正计算公式。研究结果表明:土柱法+分布角法适用于计算地面静荷载作用下埋地结构壁管道的管顶竖向压力,荷载扩散角宜取30°~35°;在地面静荷载作用下,管道径向变形计算方法中Spangler-Iowa公式偏保守,AWWA M23规范计算结果与试验结果较吻合,而考虑准永久值系数会导致变形计算结果偏小;在埋土外压作用下,管腰位置内壁易发生受压破坏;排水时,管顶位置内壁易发生受拉破坏;内外壁起主要承载作用,受力较大;中间筋主要起连接作用,受力时应力以中性轴为零点向两侧呈梯度增加;本文提出的边界效应修正计算公式是准确可行的。研究成果可为轴向中空壁塑料管等柔性埋地管道的结构设计、力学和损伤失效分析提供参考。 展开更多
关键词 轴向中空壁塑料管 砂箱埋地试验 力学性能 有限元分析 边界效应
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轴向中空壁管抗冲击性能试验研究与数值分析 被引量:2
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作者 牟钊 胡少伟 +3 位作者 单常喜 李原昊 潘福渠 孙海勇 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期240-249,共10页
轴向中空壁管作为一种新型结构壁管,几何构型简单、空间利用率高、且能量耗散性好,近年来在市政工程中得到广泛应用。为研究轴向中空壁管在低速冲击作用下的力学响应和耗能特性,设计了20个试验工况,以落锤冲击试验模拟施工过程中受到的... 轴向中空壁管作为一种新型结构壁管,几何构型简单、空间利用率高、且能量耗散性好,近年来在市政工程中得到广泛应用。为研究轴向中空壁管在低速冲击作用下的力学响应和耗能特性,设计了20个试验工况,以落锤冲击试验模拟施工过程中受到的落石冲击和机械撞击作用,基于量纲分析法提出冲击力峰值的计算方法,通过有限元软件ABAQUS对试验结果进行验证,并根据有限元计算结果分析管道在低速冲击作用下的变形特性和损伤机理。研究表明:数值分析结果与试验结果吻合较好,冲击力时程曲线趋势基本一致,冲击力峰值误差在5%以内。轴向中空壁管具有良好的抗冲击性能,其双壁中空结构具有较好的能量耗散性,落锤与管道接触瞬间会产生较大的冲击力,12.9 kg的落锤从2 m处自由下落冲击管道可产生15.28 kN的冲击力。对比20个试验工况的冲击力峰值试验值与计算值,误差均较小,最大误差为5.8%,即冲击力峰值计算方法准确性较高。随着落锤高度和质量的增加,冲击力峰值增大,损伤区域和凹痕深度也随之增大,最大塑性应变由外壁内侧转移到外壁与加劲肋的连接处,呈现出外壁损伤和加劲肋损伤两种损伤模式。提出的冲击力峰值计算方法和管道塑性损伤规律可以为施工过程中轴向中空壁管在落石冲击和机械撞击作用下的安全评价提供理论依据。 展开更多
关键词 轴向中空壁管 落石冲击 冲击力 有限元 管道损伤
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