復(fù)合材料纏繞補(bǔ)強(qiáng)是一種有效的管道缺陷修復(fù)技術(shù),復(fù)合材料漸進(jìn)失效對承載能力的影響有待研究。管道缺陷的局部效應(yīng)和剩余強(qiáng)度,導(dǎo)致其漸進(jìn)失效歷程與復(fù)合材料壓力容器（Composite Overwrapped Pressure Vessels,COPV）截然不同。采用復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)的缺陷管件進(jìn)行極限承載試驗(yàn)。通過對比試驗(yàn)極限壓力與有限元模擬的漸進(jìn)失效的破壞壓力,驗(yàn)證有限元模型的正確性。有限元模擬結(jié)果表明,復(fù)合材料纏繞層發(fā)生以纖維破壞為特征的破壞模式。復(fù)合材料的漸進(jìn)失效分為穩(wěn)定緩慢失效和急劇加速失效兩個(gè)階段。對比COPV的瞬間大面積失效特征,分析了緩慢失效和急劇加速失效現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,提出了實(shí)用的補(bǔ)強(qiáng)管道"臨界壓力"確定方法,為復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)管道的設(shè)計(jì)提供參考。 

【文章來源】：安全與環(huán)境學(xué)報(bào). 2020,20(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

水壓試驗(yàn)管件

極限承載試驗(yàn)管件見圖1。試驗(yàn)管件采用L245N鋼制造，管件規(guī)格為直徑219 mm×11.8 mm，總長約2.2 m。管件兩端焊接了半球形管帽以實(shí)現(xiàn)封閉加壓。管壁外表面采用機(jī)加工制作體積型缺陷。該缺陷位于管件中部，長度為91 mm，寬度為4mm，剩余壁厚為3.3 mm，缺陷深度基本均勻。在管件缺陷段長約300 mm范圍內(nèi)，實(shí)施復(fù)合材料纏繞層的補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)。缺陷部位用改性環(huán)氧樹脂填料填充至恢復(fù)管件外壁形狀后，交替纏繞S級高強(qiáng)度單向玻璃纖維布并涂抹環(huán)氧樹脂，制備復(fù)合材料纏繞層。共用5層纖維布和環(huán)氧樹脂制成厚度為3.5 mm的纏繞修復(fù)。補(bǔ)強(qiáng)后的管件見圖2。將管件水平放置在支座上，以4.0×10-7m3/s的流量注入20℃的水逐漸施加內(nèi)壓，直到管件破壞，記錄漲破壓力作為管件的承載極限。試驗(yàn)顯示，經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)的管件，其極限承載能力為43.5 MPa。管件漲破(爆管)發(fā)生在缺陷區(qū)域，破壞后的管件及纏繞層見圖3。試驗(yàn)顯示，纏繞層沒有發(fā)生整體破壞，僅爆管位置上方的部分纖維發(fā)生斷裂。這與文獻(xiàn)[6]的試驗(yàn)現(xiàn)象不同，而與文獻(xiàn)[4]觀察到的現(xiàn)象接近。文獻(xiàn)[6]制作纏繞層時(shí)，使用了含雙向(經(jīng)緯)纖維的碳纖維織物，而文獻(xiàn)[4]管件使用的是與本文類似的單向玻璃纖維復(fù)合材料。與文獻(xiàn)[4]試驗(yàn)現(xiàn)象類似，從一個(gè)側(cè)面證實(shí)了本文試驗(yàn)的正確性。圖2 水壓試驗(yàn)管件

漲破后的纏繞層

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]雙腐蝕缺陷海底管道臨界失效壓力[J]. 馮欣鑫,余楊,徐立新,王謙,余建星,馮麗梅.  中國海洋平臺. 2018(05)
[2]復(fù)合材料纏繞修復(fù)管道的應(yīng)力分析[J]. 帥健,劉惟,王俊強(qiáng),張宇坤.  石油學(xué)報(bào). 2013(02)
[3]ERW焊管輥彎成型過程的動態(tài)仿真研究[J]. 王軍杰,蔣勁茂,李大永,彭穎紅,韓建增,李建新,鄧慶,熊建輝.  塑性工程學(xué)報(bào). 2007(05)
[4]陜京二線輸氣管道風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評價(jià)[J]. 劉群,周錫河.  安全與環(huán)境學(xué)報(bào). 2005(01)



本文編號：3457142