油氣管道環(huán)向表面裂紋玻璃纖維增強復合材料修復補強研究.pdf

1、管道是現(xiàn)代能源輸送工程中的重要結構形式之一，油氣管道更已成為當今國民經(jīng)濟發(fā)展的能源命脈。而在鋪設或服役過程中，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缺陷。這些缺陷若不及時修復，輕則導致輸送介質(zhì)泄漏，嚴重時甚至導致爆管事故發(fā)生，對生態(tài)環(huán)境、人身安全和經(jīng)濟發(fā)展構成重大威脅。環(huán)向表面裂紋及可以當量化為等效環(huán)向表面裂紋的缺陷作為一類重要缺陷的代表，其修復技術一直受到普遍關注。玻璃纖維增強復合材料(Glass Fiber Rein

2、forced Polymers，簡稱GFRP)修復技術作為一種新型的管道修復技術，因具有許多傳統(tǒng)修復加固技術無法比擬的優(yōu)點，在近年來得到了廣泛的應用，但主要集中在對含體積損失缺陷的管道的修復方面。目前對GFRP修復技術在含環(huán)向表面裂紋缺陷管道的修復中的作用與效果認識尚不十分清晰，具有較大的研究空間。
　　據(jù)此，本課題以GFRP修復含環(huán)向表面裂紋缺陷的油氣管道為研究對象，采用試、驗測試與有限元模擬相結合的研究方法，對GFRP修復前后

3、，管道在組合載荷作用下的狀態(tài)進行了對比分析，并對GFRP修復層參數(shù)對修復效果的影響進行了較為細致的討論，主要內(nèi)容如下:
　　首先，進行了高強玻璃纖維方格布/環(huán)氧樹脂增強復合材料的性能測試試驗，為GFRP管道修復試驗與數(shù)值模擬提供了數(shù)據(jù)基礎。
　　在靜水壓和彎矩組合載荷作用下，進行了有/無GFRP修復的含環(huán)向表面裂紋缺陷管道的破壞試驗，并分析了GFRP對含環(huán)向表面裂紋缺陷管道的修復作用與效果。結果表明:當載荷條件不足以使管體發(fā)

4、生屈服時，GFRP修復技術對管體的修復效果有限;而當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，基于試驗管道尺寸參數(shù)，建立了有限元仿真模型。結合Newman-Raju理論公式，對有限元模擬結果準確性進行了校驗。證明了采用數(shù)值模擬方法進行擴展試驗的可行性與準確性。
　　再次，采用有限元方法，對含深度相同，長度不同和長度相同，深度不同的兩組表面裂

5、紋的未修復管道模型進行了數(shù)值模擬。討論了裂紋尺寸不同時，裂紋前緣最深點J積分隨外載荷的變化規(guī)律，結果表明J積分隨外載荷變化規(guī)律與半橢圓形表面裂紋尺寸無關。并進一步對裂紋前緣最深點J積分與裂紋側面中部管材軸向應變的絕對值關系進行了探討，初步闡明了與裂紋深度和長度無關，二者隨外載荷的變化規(guī)律具有一定的相關性。
　　最后，結合測試試驗結果，驗證了GFRP修復含環(huán)向表面裂紋缺陷管道有限元模擬方法的可行性與準確性。結合未修復管道模型的分析結