考虑应力集中效应下钢带缠绕增强复合管爆破性能分析

针对带有扣压式接头的钢带缠绕增强复合管在内压爆破试验中出现的爆破点靠近接头的情形,基于薄壁壳理论,提出一种考虑应力集中效应的管道爆破压力计算模型。分析得到管壁的径向位移表达式,指出接头附近的管壁径向位移不连续导致的应力集中效应是爆破点靠近接头的主要原因。将2英寸(5.08 cm)4层增强层管道爆破试验、2英寸(5.08 cm)6层增强层管道爆破试验作为算例,分别计算了考虑应力集中效应情形下两种管道的爆破压力,并将计算结果与试验值对比,结果显示二者符合程度良好。通过该模型得到的管道爆破压力可为复合管生产厂家和施工单位评估其爆破压力提供一定参考。

内压荷载下钢带缠绕增强复合管力学性能研究

以三维弹性力学理论为基础,研究了钢带缠绕增强复合管(PSP)在内压荷载下的力学性能。钢带缠绕增强复合管主要包括3层结构:内层PE层,中间两层钢带增强层以及外层PE增强层。在研究过程中主要分析了第一层钢带(层2)的应力分布,并以Mises屈服准则预测了钢带的极限强度。之后在ABAQUS中建立了钢带PSP管的三维模型,并将其结果与理论模型进行对比,结果显示,有限元模型中环向应力与轴向应力的变化与理论模型很符合。

扭转载荷下钢带缠绕增强复合管结构响应研究

为研究海洋油气输送用钢带缠绕增强复合管(SSRTP)在扭转载荷下的结构响应特性,考虑非线性接触,建立钢带缠绕增强复合管数值计算模型,揭示了SSRTP在扭转载荷作用下的内层PE管失效机理;研究在内外压及拉伸载荷组合作用下复合管的扭转变形及承载性能并进行参数分析。结果表明:SSRTP在组合纯扭转载荷作用下的载荷位移关系分线性阶段和非线性阶段,且在非线性阶段管道刚度随着位移的增大而降低。研究结果可为钢带缠绕增强复合管的设计、制造及安全评价提供理论依据。

复杂载荷下钢带缠绕增强复合管力学特性

为研究海洋油气输送用钢带缠绕增强复合管在复杂载荷下的力学响应特性,考虑非线性接触,建立钢带缠绕增强复合管数值计算模型,研究由内外压、弯曲及拉伸载荷组合作用下钢带缠绕增强复合管的变形及承载性能。结果表明,压差(外压大于内压,≤2 MPa)越大钢带缠绕增强复合管的柔性越高。与纯弯曲相比,拉伸载荷和压差的附加联合作用使钢带缠绕增强复合管柔性降低;与纯拉伸相比,弯曲载荷和压差的附加联合作用则使钢带缠绕增强复合管抗拉承载能力降低。与单一载荷相比,复杂载荷下内、外聚乙烯(PE)管的高应力区位置及内层钢带对称应力分布的路径发生改变。钢带螺旋角度及摩擦系数越大,钢带缠绕增强复合管柔性越低;增大摩擦系数,钢带缠绕增强复合管承载能力提高。组合弯曲载荷下随着钢带螺旋角增大,钢带缠绕增强复合管屈曲时的临界弯矩呈非单调变化,存在极大值。研究结果可为钢带缠绕增强复合管的设计、制造及安全评价提供理论依据。