纤维缠绕增强复合管在内压作用下的力学行为研究

摘要

随着我国国民经济飞速发展，能源消耗巨大，能源及时高效的供给决定我国经济能否健康可持续发展的关键因素。我国海上油气田的开发为未来的能源供给提供了新的出路，海洋管道是海上油气田的开发的重要组成部分。钢管是使用历史最长最为广泛的海洋油气运输管道，但具有耐腐蚀性差、运输及安装效率低、维修成本高的特点。纤维缠绕增强复合管(RTP管)具有很强的耐腐蚀性、良好的柔韧性、便于运输和便于安装的优点，成为了海上油气运输管道的新选择。复合管由于其结构及组成材料的复杂和特殊性、以及海洋环境的复杂性，对复合管的设计、运输和正常工作方面的分析就尤为重要。
　　RTP管道以热塑性材料为基体、芳纶纤维缠绕增强带为增强层，其独特的结构和复杂的材料性能使其力学表现较为特殊。本文考虑RTP管在使用过程中遭受因为运输油气的短期压力和压力的长期作用，工作环境中的管内外温度变化，对其做应力应变分析和爆破压力分析。其主要工作有以下几个方面:
　　(1)结合RTP管的构成特点，简化为由内层、外层和增强层构成的平面力学模型，对每层材料进行简化;建立管道的平面应力模型，利用数值方法分析管道受内压时的应力应变及爆破压力，并与ABAQUS分析结果对比。
　　(2)在前述所建立管道计算模型的基础上，考虑管道在温度影响下受内压时，计算其的应力应变和爆破值变化规律。
　　(3)在前述所建立管道计算模型的基础上，使用已有文献的材料试验数据，考虑高密度聚乙烯的线性粘弹性，用数值方法和有限元方法分析管道的应力应变随时间变化规律并对比两者结果。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 纤维缠绕增强复合管受内压应变应力分析理论

2．1 引言

2．2 材料和管道简化模型

2．3 应变应力分析

2．4 本章小结

第3章 纤维缠绕增强复合管受内压时理论与有限元对比

3．1 管道参数

理论结果

3．3 有限元数值模拟分析

3．4 对比

3．5 参数分析

3．6 本章小结

第4章 纤维缠绕增强复合管温度与内压作用下分析

4．1 引言

4．2 瞬时模量、泊松比和热膨胀系数

4．3 温度与内压作用理论

4．4 参数分析

4．5 本章小结

第5章 纤维缠绕增强复合管内压作用下的粘弹性分析

5．1 引言

5．2 粘弹性理论分析

5．3 粘弹性有限元数值分析

5．4 缠绕角度敏感性分析

5．5 预测管道使用寿命

5．6 本章小结

第6章 结论和展望

6．1 结论

6．2 本文创新点

6．3 展望

参考文献

附录A

附录B

作者简历