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内压作用下CFRP内衬加固PCCP承载力分析

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工业建筑 2024年

作者：张霄杰吴嘉瑜陈建飞哈尔滨工业大学航天学院南方科技大学海洋科学与工程系

在内压作用下，预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，简称PCCP）可能发生各结构层失效。在PCCP内壁粘贴碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP）是常见的修复方法，然而修复PCCP在内压... 详细信息

在内压作用下，预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，简称PCCP）可能发生各结构层失效。在PCCP内壁粘贴碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP）是常见的修复方法，然而修复PCCP在内压作用下的结构失效机理研究尚不成熟。鉴于此，本文建立了CFRP内衬加固PCCP在内压作用下的多层圆环模型（Multilayer Ring Model，简称MRM）力学模型，推导得到了CFRP内衬加固PCCP在内压作用下管壁径向位移、应力和应变的表达式。该力学模型计算结果与已有试验结果吻合良好，验证了力学模型的正确性。参数分析结果表明：增加钢筒厚度和混凝土管芯厚度可提高PCCP的内压承载力，提升预应力水平可提高PCCP抗开裂能力，增加CFRP厚度可以提高CFRP内衬加固PCCP的内压承载力。本文提出的计算方法为PCCP和CFRP内衬加固PCCP结构设计提供指导。

关键词：预应力钢筒混凝土管碳纤维增强复合材料多层圆环模型内压理论分析

内压作用下碳纤维增强复合材料内衬加固预应力钢筒混凝土管承载力分析

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工业建筑 2024年第6期54卷 61-71页

作者：张霄杰吴嘉瑜陈建飞哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150006 南方科技大学海洋科学与工程系广东深圳518055

在内压作用下,预应力钢筒混凝土管(PCCP)可能发生各结构层失效。在PCCP内壁粘贴碳纤维增强复合材料(CFRP)是常见的修复方法,然而修复PCCP在内压作用下的结构失效机理研究尚不成熟。鉴于此,建立了CFRP内衬加固PCCP在内压作用下的多层圆... 详细信息

在内压作用下,预应力钢筒混凝土管(PCCP)可能发生各结构层失效。在PCCP内壁粘贴碳纤维增强复合材料(CFRP)是常见的修复方法,然而修复PCCP在内压作用下的结构失效机理研究尚不成熟。鉴于此,建立了CFRP内衬加固PCCP在内压作用下的多层圆环模型(MRM)力学模型,推导得到了CFRP内衬加固PCCP在内压作用下管壁径向位移、应力和应变的表达式。该力学模型计算结果与已有试验结果吻合良好,验证了力学模型的正确性。参数分析结果表明:增加钢筒厚度和混凝土管芯厚度可提高PCCP的内压承载力,提升预应力水平可提高PCCP抗开裂能力,增加CFRP厚度可以提高CFRP内衬加固PCCP的内压承载力。

关键词：预应力钢筒混凝土管碳纤维增强复合材料多层圆环模型内压理论分析

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内压作用下玻纤增强柔性管损伤失效预测

工程力学 2023年第9期40卷 238-246页

作者：张亚王阳阳李昌良娄敏中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)非常规油气开发教育部重点实验室山东青岛266580

为深入探讨内压工况下玻纤增强柔性管的损伤失效机理,该文采用三维弹性力学理论,对柔性管三维本构关系开展理论分析,通过结合三维Hashin-Yeh失效准则与非线性刚度退化模型,建立了考虑基体材料非线性力学行为的柔性管三维渐进失效模型。... 详细信息

为深入探讨内压工况下玻纤增强柔性管的损伤失效机理,该文采用三维弹性力学理论,对柔性管三维本构关系开展理论分析,通过结合三维Hashin-Yeh失效准则与非线性刚度退化模型,建立了考虑基体材料非线性力学行为的柔性管三维渐进失效模型。采用静水压爆破实验对理论模型进行验证,在此基础上进行缠绕角度及径厚比等参数敏感性分析。理论模型与实验结果对比较为吻合;缠绕角度对柔性管在内压工况下的应力分布有较为明显的影响,随着缠绕角度的增加柔性管的首层失效荷载与最终爆破荷载均呈现增长趋势;随着径厚比的增加,柔性管承压能力迅速降低,但失效模式并未发生改变。

关键词：内压本构关系渐进失效模型失效模式缠绕角度径厚比承压能力

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某高温高压气井完井管柱开裂失效原因分析

石油管材与仪器 2024年第2期10卷 61-65页

作者：王浩吕拴录金敏张健中海油常州涂料化工研究院有限公司上海海铠防腐工程技术分公司上海200050 中国石油大学材料科学与工程系北京102249 中国石油集团测井有限公司培训中心陕西西安710077 中国石油集团测井有限公司制造公司陕西西安710077

某高温高压气井中的油管发生了纵裂失效事故,为了确定其纵裂失效原因,对该井完井管柱不同井深位置的油管抽样进行了探伤检查和理化试验。探伤结果表明,多根油管的接箍和管体外表面产生了裂纹。理化试验结果表明,油管接箍和管体外表面上... 详细信息

某高温高压气井中的油管发生了纵裂失效事故,为了确定其纵裂失效原因,对该井完井管柱不同井深位置的油管抽样进行了探伤检查和理化试验。探伤结果表明,多根油管的接箍和管体外表面产生了裂纹。理化试验结果表明,油管接箍和管体外表面上的裂纹为应力腐蚀和腐蚀疲劳裂纹,裂纹形成的原因与油管材料、环境介质和完井管柱受力条件有关。通过对完井管柱受力条件进行分析计算,确定油管裂纹位置和严重程度与管柱结构设计有关,油管裂纹方向与管柱所受交变内压载荷有关。建议进行油气井管柱设计时油管柱采用伸缩管,并使用与S13Cr110油管匹配的完井液,可预防高压气井完井管柱中油管接箍和管体产生裂纹。

关键词：完井管柱探伤检查应力腐蚀裂纹腐蚀疲劳裂纹内压弯曲高温高压

玻璃纤维/乙烯基酯复合材料在火灾条件下热解气体内压预报方法

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复合材料科学与工程 2023年第5期 120-128页

作者：解江袁浩然韩雪飞李翰冯振宇中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300

聚合物基复合材料在高温环境下会发生热解反应,伴随着热解气体的产生,在材料内部形成气体压强。本文通过对UMATHT子程序进行二次开发,展开高温环境下复合材料基质热解与热解产物扩散的数值模拟,建立了复合材料内压预报模型,实现了传热... 详细信息

聚合物基复合材料在高温环境下会发生热解反应,伴随着热解气体的产生,在材料内部形成气体压强。本文通过对UMATHT子程序进行二次开发,展开高温环境下复合材料基质热解与热解产物扩散的数值模拟,建立了复合材料内压预报模型,实现了传热方程、阿伦尼乌斯方程、达西定律、理想气体状态方程的耦合计算,模拟了75 kW/m^(2)热流作用下玻璃纤维/乙烯基酯复合材料的内压变化。结果表明:该方法得到的压强预测值与试验值吻合较好,最大压强峰值误差约为4.68%,可有效预测玻璃纤维/乙烯基酯的内压变化趋势。各位置的压强达到峰值后开始下降,且影响因素不同。3 mm位置的压强下降受分解速率、渗透率、孔隙率共同影响;6 mm位置则是孔隙率增大与初始渗透率两者导致的;9 mm位置仅受初始渗透率的影响。

关键词：内压热分解玻璃纤维/乙烯基酯复合材料热响应重叠网格技术

连续玻纤增强热塑性复合管内压下力学性能研究

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复合材料科学与工程 2023年第7期 79-85页

作者：王琪谢煜斐袁连忠高进可陆嘉君江苏科技大学机械工程学院镇江212100 江苏贝尔机械制造有限公司张家港215600 苏州理工学院机电与动力工程学院张家港215600 张家港富瑞阀门有限公司张家港215600

连续玻璃纤维增强热塑性复合管(RTP管)的力学性能对工程应用有着极其重要的影响,因此,采用Halpin-Tsai组合式模型法,建立其在内压载荷下的有限元模型,并基于三维正交各向异性弹性理论,使用最大应力失效准则对复合管的内压爆破值进行理... 详细信息

连续玻璃纤维增强热塑性复合管(RTP管)的力学性能对工程应用有着极其重要的影响,因此,采用Halpin-Tsai组合式模型法,建立其在内压载荷下的有限元模型,并基于三维正交各向异性弹性理论,使用最大应力失效准则对复合管的内压爆破值进行理论分析计算;最后,对复合管展开短时爆破压力试验,进行验证分析。结果表明:随着内压载荷的增大,增强层所受到的力远大于内外层所受到的力,增强层在内压作用下起着主要的作用;实物RTP管的平均爆破压力值为14.15 MPa,有限元模拟分析结果值为13.28 MPa,与实验结果的相对差值为6.14%;理论计算值为16.34 MPa,与实验值吻合良好,对RTP管道的设计与应用具有重要的指导意义。

关键词：复合管有限元模型内压短时爆破压力试验

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内压对管状双椭圆洞室围岩应力影响的解析解

岩土力学 2016年第1期37卷 76-86,95页

作者：饶军应傅鹤林谢涛王小敏尹泉李文博贵州大学土木工程学院贵州贵阳550025 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

以管状双椭圆高水压洞室围岩应力为研究对象,将该问题简化为混合边界的双椭圆孔平面应力计算模型。基于平面弹性复变理论,通过保角映射、Cauchy积分及留数定理等方法,求解了具有单椭圆内压孔的两个平面应力复势函数;采用Schwarz交替算法... 详细信息

以管状双椭圆高水压洞室围岩应力为研究对象,将该问题简化为混合边界的双椭圆孔平面应力计算模型。基于平面弹性复变理论,通过保角映射、Cauchy积分及留数定理等方法,求解了具有单椭圆内压孔的两个平面应力复势函数;采用Schwarz交替算法,推导了具有双椭圆内压孔无限平面内任一点的应力分量表达式。据所得表达式,编制了Matlab计算程序,研究了无限平面含双洞室或双椭圆洞室的4个算例,分析了内压及两孔相对位置对围岩应力的影响。研究结果表明:两洞室均无内压时,水平对称双椭圆洞室的左孔口0°(或右孔口180°)处有最大切向应力;各孔口的最大或最小切向应力均随内压的增大而减小;当两孔中仅一孔含内压时,两孔孔口应力随内压的增大而或增或减,具体视孔壁位置而定。

关键词：围岩应力双椭圆洞室内压弹性力学复变函数解析解

预应力CFRP钢筒混凝土管内压受力性能研究

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预应力CFRP钢筒混凝土管内压受力性能研究

作者：郑文奎华北水利水电大学

学位级别：硕士

预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,简称PCCP)是一种性能优良的输水管道,在长距离的输水工程中得到了广泛应用。但由于PCCP一般埋置于地下,土壤中腐蚀性介质会穿过砂浆保护层造成预应力钢丝腐蚀,严重的会导致预应... 详细信息

预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,简称PCCP)是一种性能优良的输水管道,在长距离的输水工程中得到了广泛应用。但由于PCCP一般埋置于地下,土壤中腐蚀性介质会穿过砂浆保护层造成预应力钢丝腐蚀,严重的会导致预应力钢丝断裂。预应力钢丝断裂降低了PCCP的承载能力,增加了管道爆裂风险,极大的影响了管道的安全运行。碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,简称CFRP)具有耐腐蚀、轻质、高强等诸多优点。若能将PCCP管中的预应力钢丝替换为预应力CFRP布,研发出预应力CFRP钢筒混凝土管道(CFRP-PCCP),则有望从根本上解决PCCP中预应力钢丝腐蚀断裂的问题。本文在PCCP研究的基础上,开展了CFRP-PCCP受力性能有限元研究,主要开展了以下几方面的工作:(1)对PCCP管道进行了内压型式试验研究。测试并分析了管道材料(管芯混凝土、预应力钢丝以及保护层砂浆)在内水压作用下的应变变化规律;分析了管芯混凝土内表面裂缝分布及延展规律。结果表明:在弹性阶段,各材料之间变形协调,应变呈线性增长;内水压1.8MPa时,由于混凝土的开裂导致相应截面点处各材料的应变值突增;混凝土裂缝从起始处向插口端纵向延伸,且由此方向裂缝宽度逐渐减小。(2)对PCCP管道进行内压三维有限元数值模拟。采用ABAQUS有限元软件对内压加载进行了模拟,将数值模拟结果与试验数据进行了对比,以验证有限元模型的准确性;在模拟原型试验的基础上,继续加大内水压力值,探讨了PCCP管道的破坏过程。结果表明:数值模拟结果与试验数据拟合较好,应变变化趋势相同,PCCP管道模型的准确性得到了验证;在管道出现裂缝后,材料的应变值始终以较大的速度不断增长,直至管道无法继续承载。(3)对CFRP-PCCP进行了内压三维有限元数值分析。基于预应力等效荷载法的计算原则,将预应力钢丝替换成预应力CFRP布,进行了CFRP-PCCP内压有限元分析;对比分析了CFRP-PCCP与PCCP受力性能,并进一步研究了不同CFRP厚度对管道承载能力的影响。结果表明:在弹性阶段,两个管道应变变化相同;在较大内压下,由于CFRP的弹性模量约高出钢丝30%,使得CFRP-PCCP的抵抗变形能力和抗裂能力优于PCCP,且CFRP厚度越大,管道的承载能力越好。

关键词：预应力钢筒混凝土管碳纤维布内压承载能力有限元模型

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内压与Henry常数

化学学报 2001年第7期59卷 994-1000页

作者：郭明刘国杰黑恩成华东理工大学化学系

建立了一个气体溶解度的新模型,它实际上是Pierotti理论的修正.按照这个模型,稀溶液中的溶质被视为虚拟的完全气体,Henry常数则是1 mol完全气体的压力与一个Boltzmann因子的乘积,这个因子取决于溶质分子周围溶剂的内压.对若干气体在有... 详细信息

建立了一个气体溶解度的新模型,它实际上是Pierotti理论的修正.按照这个模型,稀溶液中的溶质被视为虚拟的完全气体,Henry常数则是1 mol完全气体的压力与一个Boltzmann因子的乘积,这个因子取决于溶质分子周围溶剂的内压.对若干气体在有机溶剂和聚合物中溶解度数据检验结果表明,这个模型能满意地用来描述Henry常数随温度的变化规律.计算得到的稀溶液形成的偏摩尔热力学函数也与实验值吻合.

关键词：气体溶解度稀溶液理论 Henry常数内压热力学