论文总字数：14057字

摘 要

油气输送管道在服役过程中由于机械碰撞及外部荷载等原因常造成管道减薄、孔洞等局部缺陷损伤，这些损伤将会导致管道的可靠性和耐久性降低。在管道局部缺陷部位会产生应力集中的现象，当缺陷处的应力大于母材的抗拉强度时，该部位将发生泄漏及破裂失效等问题。所以如何修复缺陷损伤的管道是油气输送部门的一个重要课题。

由于碳纤维复合材料(CFRP)具有抗拉强度高、弹性模量高、耐高温、厚度薄、操作简单等特点，用它来修复缺陷管道不仅可以降低管道的更换费用，而且节约时间、工艺简单，是当前管道加固行业比较认可的一种加固方法。

运用正交试验的方法，对弯管实施局部减薄，并进行了CFRP理论层数的研究，分析了管道各影响因素对CFRP理论层数贡献的差异。结果表明:缺陷长度影响最大，缺陷宽度和缺陷深度的影响较小。通过合理的配置参数，可以将有限的材料最大价值化。

本文通过数据分析、有限元数值模拟计算等方法，对弯管腐蚀缺陷特征进行了分析，对不同类型缺陷进行了强度评估，对管体补强后强度进行了计算，为确定管道的腐蚀缺陷评估和维修方法提供了技术支撑。

关键词：弯管，补强，碳纤维（CFRP），局部减薄，有限元分析

Abstract

Oil and gas pipelines arise some local drawback damages including grooves, thinning,holes in the service frequently, which dues to mechanical collision and external load. And these damages can reduce the reliability and durability of the pipe. The stress concentration happens in the local defect area of the pipeline, and the site will leak and rupture failure when the stress is greater than the tensile strength of the base metal. Thus, how to repair the damage of pipeline is an important object in the oil and gas transportation sector.

Reinforcement with carbon fiber composite (CFRP) has been recognized as a reinforcement method in pipeline reinforcement industry, because of its low cost of pipeline replacement, saving time and simply process. This is due to that CFRP has high tensile strength, high elastic modulus, thin thickness, simple operation and it can endure high temperature.

Then, the orthogonal test of the finite element model was carried out . Conduct a local thinned to elbow pipe.And the differences of the contribution of pipeline impact factors on CFRP theoretical layers were analyzed. The results show that the defect length is the most important factor, and the impact of the defect width and depth is smaller. Limited material can make maximum value by deploying parameters with reason.

This article is on the basis of testing, analyzing, numerical simulation and test methods for crackdown, which is aiming at oil pipeline outside structure of investigation and analysis, different types of injury and defects are integrated evaluated. Strength calculation and striking test are done on the pipe body, this may provide a support to assess the corrosion defects and develop the repairing method of oil pipeline.

Key Words: Elbow，Reinforce，CFRP，Local thinned area ，Finite element analysis

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2国内外研究概况 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 2

1.3极限载荷分析方法 4

1.3.1极限载荷概念 4

1.3.2两倍弹性斜率准则 4

1.4本文的研究内容和方法 5

第二章 无缺陷弯管的极限载荷的有限元分析 6

2.1本文选用的有限元计算软件及基本思想 6

2.2弯管分析 6

2.2.1材料性能数据 6

2.2.2计算模型的建立 7

2.2.3无缺陷弯管模型的建立 7

第三章 含缺陷的弯管极限载荷的有限元分析 11

3.1含局部减薄弯管极限载荷的有限元模型 11

模型建立 11

3.2正交实验 11

3.2.1计算方案 11

3.3计算结果 12

3.4计算结果分析 15

4.1碳纤维材料的力学性能 17

4.2 补强结果 17

4.3本章小结 18

第五章 总结 19

5.1结论 19

5.2展望 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

1.1引言

油气输送管道在服役过程中由于机械碰撞及外部荷载等原因常常造成管道沟槽、减薄、孔洞等局部缺陷损伤，这些损伤将会导致管道的可靠性和耐久性降低。在管道局部缺陷部位会产生应力集中的现象，当缺陷处的应力大于母材的抗拉强度时，该部位将发生泄漏及破裂失效等问题。如何修复缺陷损伤的管道是油气输送部门的一个重要课题。

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