复合材料井盖（课堂PPT）

1、1玻璃纤维玻璃纤维/不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂（UP/GF ）复合材料井盖性能分析与优化复合材料井盖性能分析与优化2主要内容主要内容u研究背景研究背景u复合材料井盖的现状及发展趋势复合材料井盖的现状及发展趋势u高性能高性能UP/GF复合材料的组分及制备复合材料的组分及制备uUP/GF复合材料的力学分析复合材料的力学分析uUP/GF复合材料井盖的优化设计复合材料井盖的优化设计3研究背景研究背景u井盖事件井盖事件近年来的井盖致死事件据估计，我国每年至少发生数千起井盖“马路杀手”导致的伤亡事故，直接经济损失数以亿计。2010年5月4日在广州，一女生暴雨中坠入下水道身亡；2011年6月23日在北京，

2、因汽车雨中熄火，两个男青年推车时坠井身亡；2012年3月16日在大连，一女子坠入热力井身亡； 2013年3月12日在广西武鸣县，一名5岁男孩搬开一个排污井上的木板，不幸掉入遇难。 2013年年3月月22日晚在长沙涂家冲附近，日晚在长沙涂家冲附近，21岁的杨丽君不岁的杨丽君不慎落入无盖下水道，被急流卷走，至今下落不明。慎落入无盖下水道，被急流卷走，至今下落不明。4井盖被水淹没井盖被水淹没u常用井盖材料常用井盖材料目前市场上大量使用的井盖是钢筋混凝土钢筋混凝土和铸铁铸铁2种材料。最初大部分是钢筋混泥土检查井盖，由于其脆性大、易老化、脆性大、易老化、易断裂易断裂等缺陷逐步被铸铁检查井盖所取代。但铸铁

3、检查井盖因具有回收价值而经常被盗具有回收价值而经常被盗，给检查井盖的管理带来巨大的困难。u存在的问题存在的问题井盖被泥水填满井盖被泥水填满井盖破损井盖破损井盖缺失井盖缺失复合材料复合材料一种一种防腐、防防腐、防盗、抗压、低盗、抗压、低成本成本的井盖材质应运而生5复合材料井盖的优点及发展趋势复合材料井盖的优点及发展趋势u复合材料分类复合材料分类复合材料井盖有三大类，即钢纤维混凝土井盖、再生树脂复合材料井盖、纤维增强树脂基复合材料井盖。 这三种井盖都不含或含少量金属，没有回收价值。其与传统材料比较的优点见表1。u复合材料的前景复合材料的前景目前已有大量专利技术涉及到复合材料井盖，有越来越多的企业从

4、事复合材料井盖的研制和生产。随着我国经济的持续快速发展，井盖在城市规划和道路建设中得到越来越广泛的应用。这预示着一个新型材料井盖产业的兴起。从技术上讲，不同的复合材料井盖完全可以替代铸铁井盖在不同的条件下使用，高性能高性能UP/GF井盖能替代铸铁井盖在各种条件下使用井盖能替代铸铁井盖在各种条件下使用。有理由相信，随着复合材料井盖性能的进一步提高及推广力度的加大，它的春天一定会到来。 6项目复合材料井盖铸铁井盖混凝土井盖质量（kg/套）55100140抗震性好好较差（易从边缘开始破坏)耐磨性优优一般承载能力高高一般耐腐蚀性好易生锈一般耐老化性好好一般防盗性好差有内置加强筋易被盗车辆通过时的平稳性

5、无响声有撞击声一般使用寿命/a10-125-71-3成本/元310320130表表1 几种井盖的性能对比几种井盖的性能对比7UP/GF复合材料的组分及制备复合材料的组分及制备UP（玻璃纤维）：自制GF（不饱和聚酯树脂）：购买织物或短切纤维促进剂：环烷酸钴引发剂：过氧化钾乙酮沙子：市售按比例在UP中加入促进剂、引发剂配置成树脂胶液，将GF织物裁切成一定尺寸进行铺层、浸胶、压制成型。目前国内采用模压工艺制作井盖的企业较多，模压工艺一般均采用SMC模模塑料塑料，在一定温度和压力下压制成型。复合材料试样制备工艺流程8UP/GF复合材料的力学分析复合材料的力学分析目前已有大量实验和数值计算对复合材料的形

6、态特征（如：体积比，颗粒形状大小，空间分布），构成材料及其界面的特性对变形和损伤的影响进行了分析研究。因此，在建立分析模型时，要考虑两个方面：一方面是复合材料每一组分的力学特性每一组分的力学特性；另一方面是复合材料内部的微结构特征内部的微结构特征。采用的细观分析方法大体有两类：一类是基于均匀化理论均匀化理论在小变小变形、线弹性理论形、线弹性理论的框架内，根据微结构微结构特点，修正局部材料的形变关系；另一类是直接运用有限元等数值分析方法有限元等数值分析方法进行模拟。为了能够很方便的估算井盖的各种尺寸(如肋板厚度、盖板厚度等),需要对井盖做出等效计算，通常是将井盖等效为小变形的等厚度井盖等效为小变

7、形的等厚度圆形薄板圆形薄板或者是变厚度的圆形薄板变厚度的圆形薄板,这样就能够很方便的利用圆板的有关计算公式对它进行强度校核，之后又可以反推出圆板的有关尺寸, 最后通过实验来测试井盖的强度,确定井盖的最大承载力和相关的尺寸。因此，首先从理论上对圆形薄板做出定性分析,然后使用ANSYS软件对等厚度圆形薄板和变厚度圆板应力场做出分析,以便于对井盖进行静力分析，疲劳分析，静力分析，疲劳分析，最后进行优化优化。9UP/GF复合材料的力学分析复合材料的力学分析l静力学分析静力学分析制作直径10cm,高10cm的试件若干，取3个为一组，试验结果取平均值。分别对各组试件进行抗压试验、耐酸碱实验、承载抗压试验、

8、耐酸碱实验、承载能力、冻融与老化试验能力、冻融与老化试验。l井盖的有限元疲劳分析井盖的有限元疲劳分析 选择选择直径为600的UP/GF复合材料模型模型井盖，采用全模建模方式，将井盖放在井座上，然后确定边界条件并进行网格划分然后确定边界条件并进行网格划分。网格划分采用solid92单元，这种单元通过十个节点来定义,每个节点有三个自由度,这三个自由度分别在x，y，z方向发生位移传递。同时设定疲劳分析的计算规模,选择井盖具有代表性的3个节点进行分析。根据城市道路设计规范对其进行加载进行加载，,井盖承受的载荷是均匀作用在盖板上半径为r的载荷圈,加载时使用载荷步加载，均布载荷值为0.08MPa,载荷步之

9、间的间隔为28.2s”，疲劳分析过程中还需要定义材料的疲劳性质参数。10UP/GF复合材料井盖的优化设计复合材料井盖的优化设计 理论上,设计方案的任何方面都是可以优化的,例如尺寸，形状，支撑位置，制造费用，结构固有振动频率，材料特性等“在ANSYS种,有专门用于优化设计的模块,任何可以参数化的选项均可以作为设计优化目标。 本文对UP/GF复合材料井盖的优化主要分为两个阶段:第一阶段主要对复合材料井盖进行材料组分优化复合材料井盖进行材料组分优化,先运用ANSYS有限元分析软件建立不同组分的井盖模型,然后根据井盖的拉压应力上限确定一个试验载荷,通过比较各井盖模型受力情况确定最佳比例的那种模型为最合理的井盖材料组分;第二阶段主要对复合材料