CO2腐蚀玻璃钢的数值模拟及寿命预测

摘要

随着 CO2驱油技术的推广,加快了玻璃钢石油管道的腐蚀,严重影响了石油工业的发展,因此CO2腐蚀玻璃钢问题亟待解决。以往主要将CO2对玻璃钢的腐蚀机制归结为化学腐蚀,即 CO2与水产生碳酸对玻璃钢管道的酸腐蚀。本文通过实施超临界CO2流体对玻璃钢管道的腐蚀试验,研究超临界CO2对玻璃钢管道的气体腐蚀机制。
　　本文利用扫描电镜进行CO2对玻璃钢管道的腐蚀形貌分析,验证了CO2对玻璃钢管道的腐蚀主要是由气体炸弹造成的物理腐蚀。且随着腐蚀时间的延长,玻璃钢管道试样的树脂含量、密度以及环刚度逐渐降低,试样空隙率逐渐增加。
　　本文利用有限元软件 ABAQUS,结合层合板理论建立 CO2腐蚀玻璃钢的气体爆炸模型,模拟具有一定空隙率的玻璃钢管道在经历瞬时压强后管道中应力波的分布和传播,以及管道的支反力分布,借此求得管道的剩余环刚度。分析有限元模拟结果可知,瞬时冲击使玻璃钢管道产生花生状分层破坏,且应力分布最大值出现在层合板背面;应力波在管道厚度方向上的传播距离对应于爆炸波在作用时间内传播的距离;在刚刚施加爆炸载荷时,节点位移达到了最大值,随后会出现一个较大的反弹;有限元模拟结果显示,随着管道所受气体爆炸压强的增加,管道的支反力下降,导致管道的剩余环刚度减小,对比模拟值与试验值,管道环刚度模拟误差小于10％。
　　本文结合寿命分布的威布尔模型和有限元模拟的管道失效数据,利用最好线性无偏估计以及似然函数估计玻璃钢管道特征寿命。根据建立的寿命预测方程,得到玻璃钢管道在温度为60℃,压强为8MPa的工况下,使用寿命可达14.98年。

目录

CO2腐蚀玻璃钢的数值模拟及寿命预测

THE NUMERICAL SIMULATION AND LIFE PREDICTION OF CARBON DIOXIDE CORROSION GFRP

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 CO2 腐蚀玻璃钢机理及其相关研究的发展现状

1.3 国内外关于复合材料数值模拟的发展和研究现状

1.4 复合材料寿命预测理论的发展及研究现状

1.5 主要研究内容

第2章 CO2 腐蚀玻璃钢试验研究方案设计

2.1 试验材料与试验设备

2.2 试验方案

2.3 分析测试方法

第3章 CO2腐蚀玻璃钢试验结果分析

3.1 玻璃钢管道表面形貌分析

3.2 玻璃钢管道环刚度测试结果

3.3 玻璃钢管道空隙率分析

3.4 试验数据拟合

3.5 本章小结

第4章 CO2 腐蚀玻璃钢的有限元模拟分析

4.1 玻璃钢与超临界CO2 的相互作用

4.2 有限元分析原理

4.3 有限元模型建立

4.4 有限元模拟结果分析

4.5 本章小结

第5章 CO2腐蚀玻璃钢寿命预测方程的建立

5.1 加速寿命试验中常用的加速模型

5.2 CO2 腐蚀玻璃钢寿命预测方程的建立

5.3 小结

结 论

参考文献

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致 谢