弯曲载荷下碳/玻复合材料抽油杆失效机制

TE122.14; 由于碳/玻复合材料抽油杆在挤压、弯折、扭转和冲击载荷下,极易发生界面剥离、芯材剪切、纤维断裂等问题,严重影响抽油杆使用寿命,故基于碳/玻复合材料抽油杆复合结构,以Hashin准则和Puck准则为纤维材料和基体材料的失效判据,结合界面内聚力模型,编写ABAQUS子程序建立三点弯曲载荷下碳/玻复合材料抽油杆三维数值模型,通过室内三点弯曲试验验证仿真模型的准确性;同时结合扫描电子显微镜(SEM)分析结果,从微观尺度阐释碳/玻复合材料抽油杆在弯曲载荷作用下的失效特征与损伤机制.结果表明:以最大弯曲载荷为评价指标,碳/玻复合材料抽油杆三维数值仿真模型误差为3％,满足工程分析精度需求;...

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Published in中国石油大学学报（自然科学版） Vol. 46; no. 5; pp. 133 - 140
Main Authors 张砚雯, 王旱祥, 于长录, 车家琪, 刘智飞, 杜明超
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国石油大学(华东)机电工程学院,山东青岛 266580%中国石油集团渤海钻探工程有限公司油气合作开发分公司,天津 300457%山东科技大学电气与自动化工程学院,山东青岛 266590 2022
Subjects
损伤机制
碳/玻复合材料抽油杆
失效特征
三维数值模型
三点弯曲试验
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ISSN1673-5005
DOI10.3969/j.issn.1673-5005.2022.05.015

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Summary:TE122.14; 由于碳/玻复合材料抽油杆在挤压、弯折、扭转和冲击载荷下,极易发生界面剥离、芯材剪切、纤维断裂等问题,严重影响抽油杆使用寿命,故基于碳/玻复合材料抽油杆复合结构,以Hashin准则和Puck准则为纤维材料和基体材料的失效判据,结合界面内聚力模型,编写ABAQUS子程序建立三点弯曲载荷下碳/玻复合材料抽油杆三维数值模型,通过室内三点弯曲试验验证仿真模型的准确性;同时结合扫描电子显微镜(SEM)分析结果,从微观尺度阐释碳/玻复合材料抽油杆在弯曲载荷作用下的失效特征与损伤机制.结果表明:以最大弯曲载荷为评价指标,碳/玻复合材料抽油杆三维数值仿真模型误差为3％,满足工程分析精度需求;弯曲载荷下碳/玻复合材料抽油杆首先出现"压头状"损伤,随着载荷增大,抽油杆底端出现裂纹并迅速贯穿杆体,最终在垂直于纤维方向发生断裂.
ISSN:1673-5005
DOI:10.3969/j.issn.1673-5005.2022.05.015