1、1玻璃纖維玻璃纖維/不飽和聚酯樹脂不飽和聚酯樹脂（UP/GF ）復合材料井蓋性能分析與優化復合材料井蓋性能分析與優化2主要內容主要內容u研究背景研究背景u復合材料井蓋的現狀及發展趨勢復合材料井蓋的現狀及發展趨勢u高性能高性能UP/GF復合材料的組分及制備復合材料的組分及制備uUP/GF復合材料的力學分析復合材料的力學分析uUP/GF復合材料井蓋的優化設計復合材料井蓋的優化設計3研究背景研究背景u井蓋事件井蓋事件近年來的井蓋致死事件據估計，我國每年至少發生數千起井蓋“馬路殺手”導致的傷亡事故，直接經濟損失數以億計。2010年5月4日在廣州，一女生暴雨中墜入下水道身亡；2011年6月23日在北京，

2、因汽車雨中熄火，兩個男青年推車時墜井身亡；2012年3月16日在大連，一女子墜入熱力井身亡； 2013年3月12日在廣西武鳴縣，一名5歲男孩搬開一個排污井上的木板，不幸掉入遇難。 2013年年3月月22日晚在長沙涂家沖附近，日晚在長沙涂家沖附近，21歲的楊麗君不歲的楊麗君不慎落入無蓋下水道，被急流卷走，至今下落不明。慎落入無蓋下水道，被急流卷走，至今下落不明。4井蓋被水淹沒井蓋被水淹沒u常用井蓋材料常用井蓋材料目前市場上大量使用的井蓋是鋼筋混凝土鋼筋混凝土和鑄鐵鑄鐵2種材料。最初大部分是鋼筋混泥土檢查井蓋，由于其脆性大、易老化、脆性大、易老化、易斷裂易斷裂等缺陷逐步被鑄鐵檢查井蓋所取代。但鑄鐵

3、檢查井蓋因具有回收價值而經常被盜具有回收價值而經常被盜，給檢查井蓋的管理帶來巨大的困難。u存在的問題存在的問題井蓋被泥水填滿井蓋被泥水填滿井蓋破損井蓋破損井蓋缺失井蓋缺失復合材料復合材料一種一種防腐、防防腐、防盜、抗壓、低盜、抗壓、低成本成本的井蓋材質應運而生5復合材料井蓋的優點及發展趨勢復合材料井蓋的優點及發展趨勢u復合材料分類復合材料分類復合材料井蓋有三大類，即鋼纖維混凝土井蓋、再生樹脂復合材料井蓋、纖維增強樹脂基復合材料井蓋。 這三種井蓋都不含或含少量金屬，沒有回收價值。其與傳統材料比較的優點見表1。u復合材料的前景復合材料的前景目前已有大量專利技術涉及到復合材料井蓋，有越來越多的企業從

4、事復合材料井蓋的研制和生產。隨著我國經濟的持續快速發展，井蓋在城市規劃和道路建設中得到越來越廣泛的應用。這預示著一個新型材料井蓋產業的興起。從技術上講，不同的復合材料井蓋完全可以替代鑄鐵井蓋在不同的條件下使用，高性能高性能UP/GF井蓋能替代鑄鐵井蓋在各種條件下使用井蓋能替代鑄鐵井蓋在各種條件下使用。有理由相信，隨著復合材料井蓋性能的進一步提高及推廣力度的加大，它的春天一定會到來。 6項目復合材料井蓋鑄鐵井蓋混凝土井蓋質量（kg/套）55100140抗震性好好較差（易從邊緣開始破壞)耐磨性優優一般承載能力高高一般耐腐蝕性好易生銹一般耐老化性好好一般防盜性好差有內置加強筋易被盜車輛通過時的平穩性

5、無響聲有撞擊聲一般使用壽命/a10-125-71-3成本/元310320130表表1 幾種井蓋的性能對比幾種井蓋的性能對比7UP/GF復合材料的組分及制備復合材料的組分及制備UP（玻璃纖維）：自制GF（不飽和聚酯樹脂）：購買織物或短切纖維促進劑：環烷酸鈷引發劑：過氧化鉀乙酮沙子：市售按比例在UP中加入促進劑、引發劑配置成樹脂膠液，將GF織物裁切成一定尺寸進行鋪層、浸膠、壓制成型。目前國內采用模壓工藝制作井蓋的企業較多，模壓工藝一般均采用SMC模模塑料塑料，在一定溫度和壓力下壓制成型。復合材料試樣制備工藝流程8UP/GF復合材料的力學分析復合材料的力學分析目前已有大量實驗和數值計算對復合材料的形

6、態特征（如：體積比，顆粒形狀大小，空間分布），構成材料及其界面的特性對變形和損傷的影響進行了分析研究。因此，在建立分析模型時，要考慮兩個方面：一方面是復合材料每一組分的力學特性每一組分的力學特性；另一方面是復合材料內部的微結構特征內部的微結構特征。采用的細觀分析方法大體有兩類：一類是基于均勻化理論均勻化理論在小變小變形、線彈性理論形、線彈性理論的框架內，根據微結構微結構特點，修正局部材料的形變關系；另一類是直接運用有限元等數值分析方法有限元等數值分析方法進行模擬。為了能夠很方便的估算井蓋的各種尺寸(如肋板厚度、蓋板厚度等),需要對井蓋做出等效計算，通常是將井蓋等效為小變形的等厚度井蓋等效為小變

7、形的等厚度圓形薄板圓形薄板或者是變厚度的圓形薄板變厚度的圓形薄板,這樣就能夠很方便的利用圓板的有關計算公式對它進行強度校核，之后又可以反推出圓板的有關尺寸, 最后通過實驗來測試井蓋的強度,確定井蓋的最大承載力和相關的尺寸。因此，首先從理論上對圓形薄板做出定性分析,然后使用ANSYS軟件對等厚度圓形薄板和變厚度圓板應力場做出分析,以便于對井蓋進行靜力分析，疲勞分析，靜力分析，疲勞分析，最后進行優化優化。9UP/GF復合材料的力學分析復合材料的力學分析l靜力學分析靜力學分析制作直徑10cm,高10cm的試件若干，取3個為一組，試驗結果取平均值。分別對各組試件進行抗壓試驗、耐酸堿實驗、承載抗壓試驗、

8、耐酸堿實驗、承載能力、凍融與老化試驗能力、凍融與老化試驗。l井蓋的有限元疲勞分析井蓋的有限元疲勞分析 選擇選擇直徑為600的UP/GF復合材料模型模型井蓋，采用全模建模方式，將井蓋放在井座上，然后確定邊界條件并進行網格劃分然后確定邊界條件并進行網格劃分。網格劃分采用solid92單元，這種單元通過十個節點來定義,每個節點有三個自由度,這三個自由度分別在x，y，z方向發生位移傳遞。同時設定疲勞分析的計算規模,選擇井蓋具有代表性的3個節點進行分析。根據城市道路設計規范對其進行加載進行加載，,井蓋承受的載荷是均勻作用在蓋板上半徑為r的載荷圈,加載時使用載荷步加載，均布載荷值為0.08MPa,載荷步之

9、間的間隔為28.2s”，疲勞分析過程中還需要定義材料的疲勞性質參數。10UP/GF復合材料井蓋的優化設計復合材料井蓋的優化設計 理論上,設計方案的任何方面都是可以優化的,例如尺寸，形狀，支撐位置，制造費用，結構固有振動頻率，材料特性等“在ANSYS種,有專門用于優化設計的模塊,任何可以參數化的選項均可以作為設計優化目標。 本文對UP/GF復合材料井蓋的優化主要分為兩個階段:第一階段主要對復合材料井蓋進行材料組分優化復合材料井蓋進行材料組分優化,先運用ANSYS有限元分析軟件建立不同組分的井蓋模型,然后根據井蓋的拉壓應力上限確定一個試驗載荷,通過比較各井蓋模型受力情況確定最佳比例的那種模型為最合理的井蓋材料組分;第二階段主要對復合材料