油氣管道環(huán)向表面裂紋玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)研究.pdf

1、管道是現(xiàn)代能源輸送工程中的重要結(jié)構(gòu)形式之一，油氣管道更已成為當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源命脈。而在鋪設(shè)或服役過(guò)程中，往往由于施工或服役條件惡劣，管道中將不可避免地存在各類(lèi)缺陷。這些缺陷若不及時(shí)修復(fù)，輕則導(dǎo)致輸送介質(zhì)泄漏，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致爆管事故發(fā)生，對(duì)生態(tài)環(huán)境、人身安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成重大威脅。環(huán)向表面裂紋及可以當(dāng)量化為等效環(huán)向表面裂紋的缺陷作為一類(lèi)重要缺陷的代表，其修復(fù)技術(shù)一直受到普遍關(guān)注。玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Glass Fiber Rein

2、forced Polymers，簡(jiǎn)稱GFRP)修復(fù)技術(shù)作為一種新型的管道修復(fù)技術(shù)，因具有許多傳統(tǒng)修復(fù)加固技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用，但主要集中在對(duì)含體積損失缺陷的管道的修復(fù)方面。目前對(duì)GFRP修復(fù)技術(shù)在含環(huán)向表面裂紋缺陷管道的修復(fù)中的作用與效果認(rèn)識(shí)尚不十分清晰，具有較大的研究空間。
　　據(jù)此，本課題以GFRP修復(fù)含環(huán)向表面裂紋缺陷的油氣管道為研究對(duì)象，采用試、驗(yàn)測(cè)試與有限元模擬相結(jié)合的研究方法，對(duì)GFRP修復(fù)前后

3、，管道在組合載荷作用下的狀態(tài)進(jìn)行了對(duì)比分析，并對(duì)GFRP修復(fù)層參數(shù)對(duì)修復(fù)效果的影響進(jìn)行了較為細(xì)致的討論，主要內(nèi)容如下:
　　首先，進(jìn)行了高強(qiáng)玻璃纖維方格布/環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)復(fù)合材料的性能測(cè)試試驗(yàn)，為GFRP管道修復(fù)試驗(yàn)與數(shù)值模擬提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　在靜水壓和彎矩組合載荷作用下，進(jìn)行了有/無(wú)GFRP修復(fù)的含環(huán)向表面裂紋缺陷管道的破壞試驗(yàn)，并分析了GFRP對(duì)含環(huán)向表面裂紋缺陷管道的修復(fù)作用與效果。結(jié)果表明:當(dāng)載荷條件不足以使管體發(fā)

4、生屈服時(shí)，GFRP修復(fù)技術(shù)對(duì)管體的修復(fù)效果有限;而當(dāng)載荷條件足以使管體發(fā)生屈服后，GFRP能夠顯著抑制所包覆管體屈服;對(duì)含環(huán)向表面裂紋管道而言，明顯提升了管道失效載荷。
　　其次，基于試驗(yàn)管道尺寸參數(shù)，建立了有限元仿真模型。結(jié)合Newman-Raju理論公式，對(duì)有限元模擬結(jié)果準(zhǔn)確性進(jìn)行了校驗(yàn)。證明了采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行擴(kuò)展試驗(yàn)的可行性與準(zhǔn)確性。
　　再次，采用有限元方法，對(duì)含深度相同，長(zhǎng)度不同和長(zhǎng)度相同，深度不同的兩組表面裂

5、紋的未修復(fù)管道模型進(jìn)行了數(shù)值模擬。討論了裂紋尺寸不同時(shí)，裂紋前緣最深點(diǎn)J積分隨外載荷的變化規(guī)律，結(jié)果表明J積分隨外載荷變化規(guī)律與半橢圓形表面裂紋尺寸無(wú)關(guān)。并進(jìn)一步對(duì)裂紋前緣最深點(diǎn)J積分與裂紋側(cè)面中部管材軸向應(yīng)變的絕對(duì)值關(guān)系進(jìn)行了探討，初步闡明了與裂紋深度和長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，二者隨外載荷的變化規(guī)律具有一定的相關(guān)性。
　　最后，結(jié)合測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了GFRP修復(fù)含環(huán)向表面裂紋缺陷管道有限元模擬方法的可行性與準(zhǔn)確性。結(jié)合未修復(fù)管道模型的分析結(jié)