深海系纜中纖維及復絲的力學性能實驗研究.pdf

1、隨著海上大型系泊系統(tǒng)在海洋資源開采工程中的大量應用,系泊系統(tǒng)的設計和結構穩(wěn)定性成為專家們越來越關心的問題。針對深海系纜的編制結構,可以把深海系纜進行拆分:纖維,復絲(很多平行纖維束),單小股(由復絲平行捻制而成),大股(由單小股平行捻制而成),繩(由大股平行捻制而成),由多根繩構成系纜。因此纜繩的力學性能是由單小股和大股本身的力學性能和捻制結構決定的。而單小股的力學性能又是由纖維和復絲本身的力學性能和捻制結構決定的。研究纖維及復絲的力學

2、性能,對單小股、大股、繩乃至系纜的力學性能的研究有根本的作用,從而具有重要的研究價值。
　　 本文對構成系纜的纖維進行了拉伸強度性能實驗研究。由于纖維本身存在承受拉力微小、變形很大等特點,針對該實驗,自主研制了小拉力.大變形拉伸實驗裝置。由于纖維直徑在微米量級(平均40μm),選擇了顯微鏡下測量直徑。實驗得到了拉伸強度特性曲線的三個階段及纖維屈服強度、破斷強度、初始彈性模量等性能指標。總結規(guī)律,得到纖維的初始模量受加載速率因素的

3、影響不大,基本為一常數(shù)值。隨加載速率增大,纖維破斷強度減小,并逐漸趨于一穩(wěn)定值,并且擬合公式得到,破斷強度∝1／√加載速率。通過電子顯微鏡觀測了纖維的拉伸斷面形態(tài),并定性的分析了其成因。拉伸斷面形態(tài)受拉伸速度的影響很大。拉伸速度越快,纖維發(fā)熱量越大,纖維斷面受熱能的影響越大,表面屈曲狀態(tài)越嚴重。對纖維的蠕變性能也進行了實驗研究,得到了纖維的典型蠕變曲線。分析了纖維蠕變的減速、勻速這兩個典型階段。總結出隨應力增大,蠕變速率加快；且應力水平

4、越高,現(xiàn)象越明顯。而后,擬合得到對數(shù)形式的纖維蠕變函數(shù)ε=ε0+θ1(lg(t)1+θt,為估算其服役壽命提供了依據(jù)。對復絲進行了拉伸實驗,指出其應力.應變曲線包括,彈性階段、屈服階段、強化階段和斷裂階段,并從纖維分子結構的角度定性的分析了復絲的拉伸機理。通過纖維的強度性能參數(shù)對復絲的強度性能參數(shù)進行了預測。提出復絲的真實截面積和實驗測得的截面積并不相等,給出比值κ2=π／2√3≈0.9069,并建立了相關公式。最后,用復絲的預測值和實