近日，开云电竞投注（华东）海洋结构物设计与评估团队在多层复合材料管道弯曲损伤研究领域取得重要成果，相关研究成果“Analyzing Bending Damage Mechanical Properties of Multi-layered Wound Composite Pipes”(多层缠绕复合管弯曲损伤力学性能分析)发表于《Polymer Composites》期刊。《Polymer Composites》是复合材料科学领域的国际权威期刊，在2025年中科院分区中位于SCI二区行列。论文第一作者为王阳阳副教授，通讯作者为娄敏教授，开云电竞投注（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位，该研究得到了国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金-青年科学基金项目、山东省重点研发计划（重大科技创新工程）和自主创新科研计划项目（理工科）项目的联合资助。
图1 论文首页
当前复合材料管道的弯曲特性分析主要采用基于Lekhnitskii应力函数的二维理论模型或具有未知量的复数表达式，难以准确地预测复合材料管道在弯曲条件下的各层应力分布和初始损伤。本研究考虑材料非线性和刚度退化模型，对各层的椭圆度变形进行了参数化，建立了管道的本构方程，应用虚功原理和失效准则，建立了用于评估管道弯曲性能的三维力学分析模型。
图2 理论模型分析流程图
通过四点弯曲试验和数值模拟对该理论模型进行了验证。在此基础上，分析了管道在弯曲条件下的应力分布、刚度退化机理和损伤破坏特征。研究结果表明，轴向应力、径向应力和剪应力主要由弯曲变形控制，而环向应力主要受椭圆截面变形的影响。初始破坏模式主要是最外层增强层的母体拉伸破坏。当缠绕角度小于或等于45°时，纤维/基体首先发生剪切破坏。当缠绕角度超过45°时，基体拉伸失效成为主要失效模式。
图3 复合管道试验装置示意图和样管变形示意图
该研究提出了一种预测多层缠绕复合管弯曲力学性能的方法，显著提高了弯曲刚度和结构失效的预测精度，为研究多层缠绕复合材料管道的弯曲损伤失效提供了新的思路，并为今后的管道优化设计提供了新的方法。
论文链接：https://4spepublications.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pc.70558
