含缺陷钢管复合材料修补抗内压疲劳性能探究.pdfVIP

84 舍缺陷钢管复合材料修补抗 内压疲劳性能研究 2015年6月 含缺陷钢管复合材料修补抗 内压疲劳性能研究 肖红波 ，蔡浩鹏 (1．武汉交通职业学院机电工程学院，武汉 430065；2．武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉 430070) 摘要：制备 出带有壁厚减薄缺陷的钢管，研究了玻璃纤维复合材料环向补强对钢管抗内压性能的影响。结果表明，缺陷 面积决定复合材料的补强面积，复合材料补强边界宽度超过缺陷轴向长度的80％时，补强效果较好，爆破 时复合材料断裂 ，可 充分发挥其性能；通过合理的设计 ，补强钢管的短时爆破压力大于30MPa，达到无缺 陷钢筒爆破压力水平 ，同时疲劳次数大于 15000次，补强效果优异 。 关键词：管道修补；爆破压力；疲劳次数 中圈分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1003-0999【2015)06-0084-04 1 引 言 关；王勇军等 通过有限元模拟发现复合材料补强 油气输送等钢制管道服役环境恶劣，本身可能 的最小层数与缺陷尺寸有着直接关系，并绘出了补 具有缺陷，加之长期不问断的服役过程，以及许多不 强层厚度与缺陷面积和深度的关系图，指出补强层 确定因素的存在，如机械碰撞、腐蚀、外部荷载等原 的厚度主要取决于缺陷面积和深度；张洪涛等 研 因，常常造成管道沟槽、减薄、孔洞等局部缺陷损伤， 究了碳纤维修补的钢管疲劳裂纹的扩展。目前，研 这些损伤将会导致管道的可靠性和耐久性降低。在 究主要关注在复合材料补强对管道爆破压力的提升 管道局部缺陷部位会产生应力集 中的现象，当缺陷 方面。然而，由于修复补强复合材料本身与钢管材 处的应力大于母材的抗拉强度时，该部位将发生泄 料的膨胀系数、弹性模量 以及强度之间的差异和匹 漏及破裂、失效等问题 ]。如何修复缺陷损伤的 配问题，在受到管道运行压力变化及外部环境变化 管道是一个重要课题，管线发生腐蚀后对管线的处 时会出现修复材料与管体脱粘、分层、开裂等现象 ， 理通常采用四种方法：管道在低压下继续运行、废弃 降低管道的性能，需要对修补管道的疲劳性能进行 管道、更换管道或对腐蚀管道补强 J。复合材料修 研究。本文通过制备含缺陷钢管，研究了复合材料 复技术在管道严重腐蚀、机械损伤、裂纹及泄漏等缺 修补宽度对短时爆破压力和疲劳性能的影响。 陷管道的修复中得到越来越多的应用_5j，国内外 学者对此开展了大量的研究 坨J。 2 实验部分 马卫锋等 ¨对复合修复技术现场应用过程 中 2．1 主要原料及设备 出现的问题进行了阐述，并对造成这种 问题的原因 钢制钢管：为了内压测试方便，采用带气嘴钢制 根据施工经验进行了初步分析，最后指出了复合修 容器，外径为 320mm，壁厚为 5mm，材质为 30CrMo 复技术 目前存在 的问题和注意事项；Alexander和 钢 ，正常使用 内压为2O一23MPa，爆破压力大于 Duell[14]结合有限元模拟和爆破实验探索了复合材 30MPa。 料修复系统对管道的修复效果，复合材料修补管道 增强材料：单向布 E—L1200M300—7，常州市宏发 不仅恢复了管道的承压能力，而且使管道缺陷处的 纵横新材料科技股份有限公司；双酚 A环氧树脂， 强度得到很大的提升；帅健等 ¨利用有限元方法分 CYD一128，岳阳巴陵石化。 析了均匀腐蚀缺陷尺寸对管道剩余强度的影响，进 2．2 钢管缺陷的制备及补强 一 步论证了复合材料补强的最小层数与缺陷尺寸有 2．2．1 缺陷制备 收稿 日期 ：