玻璃纤维增强塑料夹砂管(简称FRPM管)作为新型复合材料管道的一种,具有优良的物理化学特性。它是由高性能的不饱和聚酯树脂作为基体,以玻璃纤维螺旋缠绕形成的网状结构作为增强体,并在中间填充石英砂颗粒材料。这种独特的夹层结构不仅使FRPM管具有较高的强度和刚度,还大幅度降低了生产成本。FRPM管力学性能优异,在给水排水、能源运输等市政工程方面发挥着重要作用。目前,我国对FRPM管的力学性能研究大多停留在试验方面,而对其强度模拟以及结构优化设计鲜有文献报道。本文从复合材料力学理论出发,通过力学试验和数值模拟两方面对管道力学性能进行了探讨,最后对FRPM管的结构优化提出了建议,所完成的主要工作如下:(1)对FRPM管的力学性能进行了理论研究。基于层合板理论,探讨了复合材料层合板的强度失效准则及应力-应变关系,并对传统公式进行了适当修改以适用含有夹砂层管道的特殊结构。(2)针对FRPM管,设计了管道轴向拉伸试验以及环刚度试验方案,测定了管道的拉伸强度以及环刚度等力学性能参数。基于有限元分析方法,利用ABAQUS建立了管道的有限元模型,以纤维缠绕角度、铺层顺序以及夹砂层厚度为主要输入变量,根据蔡-吴张量准则来判断各层的面内失效,通过数值模拟得到了管道拉伸强度和环强度,试验值与模拟值吻合较好,说明通过数值模拟研究FRPM管的力学性能具有很强的可行性。(3)完成了对FRPM管的结构优化。根据试验研究、理论计算以及数值模拟,探讨了FRPM管刚度、强度等力学性能的影响因素,对主要影响因素(即铺层顺序、缠绕角度及夹砂层厚度)依次进行了优化,最终得到了FRPM管的最优结构模型。