圆形钢质输送管道的碳纤维布修复补强研究

摘要

油气输送管道在服役过程中由于机械碰撞及外部荷载等原因常常造成管道沟槽、减薄、孔洞等局部缺陷损伤,这些损伤将会导致管道的可靠性和耐久性降低。在管道局部缺陷部位会产生应力集中的现象,当缺陷处的应力大于母材的抗拉强度时,该部位将发生泄漏及破裂失效等问题。如何修复缺陷损伤的管道是油气输送部门的一个重要课题。
　　由于碳纤维复合材料(CFRP)具有抗拉强度高、弹性模量高、耐高温、厚度薄、操作简单等特点,用它来修复缺陷管道不仅可以降低管道的更换费用,而且节约时间、工艺简单,是当前管道加固行业比较认可的一种加固方法。文章对压力管道进行了模拟缺陷的CFRP加固试验,研究了管道在补强前、加固一层及两层CFRP的受力性能。试验结果表明:补强碳纤维布能使缺陷处的应力值降低,碳纤维布加固效果明显;加固两层CFRP比加固一层CFRP效果更明显。
　　借助有限元软件ANSYS对缺陷压力管道进行数值模拟,分析了管道在试验工况下的应力分布情况。对比分析数值模拟与试验模拟的应力曲线,结果表明:两者的基本形式与变化趋势吻合度很好。故数值分析结果可信,软件能较好的模拟试验情况。
　　最后,运用正交试验的方法,进行了CFRP理论层数的研究,分析了管道各影响因素对CFRP理论层数贡献的差异。结果表明:缺陷长度影响最大,管道壁厚次之,缺陷宽度和缺陷深度的影响较小。通过合理的配置参数,可以将有限的材料最大价值化。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 管道修复技术研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第二章 缺陷油气输送管道的维修补强方法

2.1 管道维修补强方法的分类

2.2 管道维修补强方法的类型

2.3 各种修复补强方法比较

2.4 本章小结

第三章 缺陷管道的剩余强度及CFRP厚度的计算

3.1 缺陷管道的 API579评价准则

3.2 API579评价准则的计算公式

3.3 API579评价准则的计算结果与分析

3.4 CFRP加固管道所需厚度的计算

3.5 本章小结

第四章 缺陷管道的试验模拟

4.1 CFRP加固压力管道的方式

4.2 试验目的

4.3 试验概况

4.4 试验数据整理与分析

4.5 本章小结

第五章 缺陷管道加固有限元分析

5.1 有限元法的应用

5.2 缺陷输送管道的有限元分析

5.3 试验模拟与数值模拟结果对比

5.4 本章小结

第六章 缺陷管道的多参数优化

6.1 缺陷管道研究参数的介绍

6.2 正交试验的设计

6.3 正交试验的结果

6.4 正交试验的结果分析

6.5 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表情况