Advancing damage and leakage prediction capabilities for pressure-retaining fibre-reinforced polymer composite structures

提高保压纤维增强聚合物复合材料结构的损坏和泄漏预测能力

基本信息

  • 批准号:
    327102-2011
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.46万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2015-01-01 至 2016-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Fibre-reinforced polymer composites (FRPC) possess attractive properties such as high specific strength and non-corrosiveness which may be exploited for advanced structures containing pressurised fluids. Applications are plentiful, e.g. process piping in hydrocarbon refining and upgrading, in which corrosion is a considerable concern; piping for cryogenic fluids such as liquefied natural gas, which requires pipe expansion characteristics that match those of the insulation structure; and linerless lightweight pressure vessels for the storage of compressed gaseous fuels. It is imperative that pressure retaining FRPC structures prevent or inhibit any damage that leads to leakage, which is the permeation of fluid into and through the structure. Leakage is caused by micro damage features and crack networks that initiate and grow in the polymer matrix with increasing load magnitude and cycles. Despite knowledge of the basic damage mechanisms it is widely recognized that additional research is needed to enable reliable leakage prediction. The latter is imperative for the successful design of pressure containment FRPC structures that provide advantages in terms of weight, durability, cost and safety. As part of the proposed research, experimental and analytical equipment will be employed in conjunction with the research group's knowledgebase on material and failure characteristics, which range from the micro to the macro scale, to discern material and damage properties that are most relevant to leakage damage. A subsequent task will be to expand existing modelling approaches or to develop new numerical, analytical and/or statistical predictive methods that are based on the most prevalent phenomena leading to fluid permeation. It is postulated that a successful methodology needs to capture damage effects within the matrix phase, including the connectivity and aperture of cracks and thus the permeability of the composite structure. In addition to its scientific and industrial value the proposed research will provide advanced training for up to 10 highly qualified personnel.
纤维增强聚合物复合材料(FRPC)具有高比强度和无腐蚀性等诱人的性能,可用于含有加压流体的先进结构。应用范围很广,例如碳氢化合物精炼和升级中的工艺管道,其中腐蚀是一个相当大的问题;液化天然气等低温流体的管道,需要与绝缘结构相匹配的管道膨胀特性;以及用于储存压缩气体燃料的无衬里轻质压力容器。 保持压力的FRPC结构必须防止或抑制导致泄漏的任何损坏,泄漏是流体渗透到结构中并通过结构。泄漏是由微损伤特征和裂纹网络引起的,这些微损伤特征和裂纹网络随着载荷大小和循环的增加而在聚合物基质中引发和生长。尽管了解基本的损坏机制,但人们普遍认为,需要进行更多的研究,以实现可靠的泄漏预测。后者对于成功设计在重量、耐久性、成本和安全性方面具有优势的压力安全壳FRPC结构至关重要。 作为拟议研究的一部分,实验和分析设备将与研究小组关于材料和故障特征的知识库结合使用,从微观到宏观尺度,以辨别与泄漏损坏最相关的材料和损坏特性。随后的任务将是扩大现有的建模方法或开发新的数值,分析和/或统计预测方法,是基于最普遍的现象,导致流体渗透。据推测,一个成功的方法需要捕捉矩阵相内的损伤效应,包括裂纹的连通性和孔径,从而渗透性的复合材料结构。除了其科学和工业价值外,拟议的研究还将为多达10名高素质人员提供高级培训。

项目成果

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  • 资助金额:
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    Discovery Projects
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知道了