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纤维缠绕复合材料石油套管结构设计与优化

谢丽婷 , 穆建桥 , 汪准 , 邓京兰 , 王继辉 , 祖磊

玻璃钢/复合材料

缠绕复合材料管道的缠绕角,是控制管道力学性能的重要工艺指标.传统的网格理论设计缠绕角时,没有考虑树脂的作用,而石油套管是以表层树脂开裂来判断破坏失效的,此类管道按网格理论计算出来的角度并不是实际测试时的最优角度.本文利用有限元方法,建立数值模型,计算了不同缠绕角的石油套管的力学性能及爆破压力.通过对比分析不同缠绕角对缠绕管的力学性能的影响,得出较优的缠绕角为51°,并测试得型号为9-5/8的碳纤维缠绕套管最小爆破压力比按网格理论计算的缠绕角时的爆破压力提高了20.3%,较大地提高了石油套管的力学性能,对复合材料在工程中的应用具有一定的实际意义.

关键词: 缠绕角度 , 有限元方法 , 力学性能 , 爆破压力

金属内衬碳纤维全缠绕气瓶的有限元分析

祖磊 , 王继辉 , 李书欣 , 汪准

玻璃钢/复合材料

本文通过有限元的分析方法,对具有铝合金内衬的碳纤维全缠绕复合材料气瓶的结构进行了剖析,建立了较为合理的复合材料气瓶有限元模型,对气瓶模型的基本建模分析过程进行了阐述和研究.采用ANSYS参数化编程语言(APDL)对复合材料气瓶进行参数化建模,参考美国制定的DOT-CFFC标准《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》,对公称工作压力、试验压力和最小爆破压力下的碳纤维缠绕铺层和铝合金内衬的各向应力分布进行了数值模拟和计算,并预测了复合材料气瓶的实际爆破压强.

关键词: 复合材料 , 碳纤维全缠绕气瓶 , 铝合金内衬 , 有限元分析 , 爆破压强

组合载荷下单缺陷腐蚀海底管道的安全分析

黄宇立 , 杨东全 , 路平 , 李学勋

腐蚀与防护 doi:10.11973/fsyfh-201704014

采用许用应力法对腐蚀海底管道的安全性进行评估,并通过有限元模拟对组合载荷(内压与轴向压应力叠加作用)下单缺陷腐蚀海底管道进行应力分析,探讨了影响管道峰值应力的缺陷几何参数的敏感性.结果表明:轴向压应力一定时,随内压不断增加,管道有效应力呈先下降后上升的变化趋势,进入屈服稳定阶段后,有效应力继续增大,直至管道破坏.

关键词: 腐蚀海底管道 , 腐蚀评估 , 有限元分析 , 极限内压

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

玻璃钢/复合材料

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

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