服役条件下玻璃钢管道长期性能预测的理论与方法研究

本项目围绕服役条件下玻璃钢管道的长期性能预测的理论与方法，进行了比较全面系统的研究，完成了预期目标。主要研究成果包括三个方面：1）通过深入的理论分析，揭示了玻璃钢管道在长期服役条件下的失效机理。玻璃钢管道的失效主要源于自身的黏弹性及环境条件的影响，根据Findley幂律定律，结合时间—温度—应力之间的等效关系，通过移位因子法建立了不同环境条件下的玻璃钢管道的长期性能预测公式，并通过初始及长期试验获得了不同应力水平下具体的移位因子及相关基本参数。2）结合复合材料细观力学及黏弹性与弹性之间的相应原理，建立了由基体的长期性能获得复合材料结构长期性能的基本方法，从而只需根据基体的短期性能及具体铺层结构形式就可通过理论获得各种不同铺层结构的玻璃钢管道的长期性能，并采用MATLAB编程在软件中实现了以上过程的计算分析，可直接预测得到玻璃钢管道的长期性能。3）分别采用了基于应变基准和应力基准建立了玻璃钢管道在服役条件下的寿命预测模型与方法，提出了时间相关的聚合物结构的失效准则。根据该方法可以获得聚合物基复合材料结构在服役条件下的失效时间或满足设计使用年限要求的最小初始性能参数。

玻璃钢管道具有轻质高强、耐腐蚀、优良的水力性能和节能等特点，是当前国内外给排水管道工程中的主流管材之一。玻璃钢管道一般按50年的使用寿命进行设计，为保证长期使用寿命，服役条件下的长期性能是其最为重要的性能指标。围绕服役条件下玻璃钢管道的长期性能，通过深入的理论分析，揭示玻璃钢管道在长期服役条件下的失效机理，建立玻璃钢管道长期性能的控制方程与预测公式，为玻璃钢管道长期性能预测提供理论依据；通过系统的试验研究，揭示玻璃钢管道和原材料的短期性能试验与长期性能的关系，建立可用于预测长期性能的短期试验形式与方法；通过概率可靠性分析，将理论预测公式与短期试验相结合，以短期试验为预测公式的有效补充，建立低成本、高可靠性、适用性强的长期性能预测方法，并开发通用的预测软件。这将为玻璃钢管道的设计提供必要的基础理论支持，确保长期服役条件下玻璃钢管道结构的安全可靠性，在工程结构的安全与经济方面具有重大意义。

针对微机械构件的服役性能与制备工艺关系，利用体硅工艺研究制作了悬臂梁阵列，完善了加工工艺；并重点研究了利用光纤耦合机理来测量悬臂梁横向固有振动频率的方法，较好地解决了“施加微小载荷”和“检测微小位移”两方面的问题；采用静态压入检测的方法，设计了微结构专用的微机械性能测试仪，能够检测微结构材料硬度、弹性模量、硬化指数、断裂韧性及疲劳极限等多项指标；发明了研究微结构冲击载荷作用的微冲击实验台，研究了相应的动态测试技术，并对微机械制造中常用的几种材料进行了微冲击实验。在整个研究过程中还完善了微机械加工的工艺参数，制作了微压力传感器、微悬臂梁阵列、微温度传感器等具有市场价值和工艺代表性的微功能器件。 2100433B

目前业界普遍认为，短期预测有效期为2～3年，中期则为5年，而长期为10～15年来界定。

（1）短期预测所适合的数学模型有平均增长率预测、线性增长、指数增长、幂函数增长和弹性比例增长等。

（2）中期预测适合的数学模型有幂函数（双对数）、双段折线、S形增长等。

（3）长期预测所适合的数学模型有多段折线、S形增长、Gompertz模型和瑞利分布模型等。

在各种方法应用前一定要有个概念，即这都是在用历史数据延伸推导未来趋势。所以，首先要求未来条件与所选用历史时期条件近似才可应用，包括资费、终端状况、业务开展情况、竞争对手措施等，但是这是几乎不可能的，因此需要进行相应的修正。其次要选用与历史数据拟合最好的一种来拟合后再延伸。不管拟合效果如何，就把几种曲线一起用后取平均的办法是绝对不可取的。

准确的中长期电价预测能够为发电企业生产计划的制定和电力投资商的长期投资提供很好的参考，为监管部门制定和实施有效的监管措施提供客观依据，同时也有助于电网企业合理安排电网运行与发供电平衡。所以，对电力市场中长期电价预测的研究具有非常重要的意义 。

由于影响电价水平的因素较多，而且这些因素本身存在极大的不确定性，加上中长期预测的周期较长，所以中长期电价预测的难度相当大。目前为止，国内外关于中长期预测}的研究远远少于短期预测。在中长期预测中，往往将电价看成随机变量，一般研究它的分布函数，建立其分布区间的预测模型。

模糊方法对长周期不确定性处理的思想与神经网络理论有所不同，不是追求确定性预测的精度，而是寻求预测数据的最小分布;而回归分析方法是通过对变量的观测数据进行统计分析，确定变量之间的相关关系，从而实现预测的目的!G}，故常将模糊方法和回归方法相结合应用于中长期电价预测。文