隨著管道工程技術(shù)的迅速發(fā)展，復(fù)合材料柔性管在油氣行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。目前許多研究人員和工程師仍然在繼續(xù)研究不同類型柔性管的力學(xué)性能和截面設(shè)計方法，但尚無能夠系統(tǒng)全面地介紹不同工況下柔性管的力學(xué)性能及截面設(shè)計方法的圖書。
鋼帶增強柔性管作為一種特殊的非粘結(jié)柔性管，其結(jié)構(gòu)更為簡潔，生產(chǎn)工藝也更為簡單，主要適用于淺海與陸地區(qū)域；傳統(tǒng)的非粘結(jié)柔性管對海洋工程中各種環(huán)境適應(yīng)能力強，可適用于深海環(huán)境；玻纖增強柔性管作為一種典型的粘結(jié)柔性管，在需要較短長度或管道安裝空間有限時效用較好。在不同服役條件下，不同類型的柔性管都有其各自的特點及優(yōu)勢。因此本書分為三個篇章，著重介紹了不同類型柔性管的抗壓潰能力、抗扭轉(zhuǎn)能力、抗彎曲能力、抗內(nèi)壓能力、抗彎曲能力及不同類型柔性管的截面設(shè)計。作者結(jié)合嚴謹?shù)睦碚撗芯亢驮瓌?chuàng)性的試驗驗證，希望可以為管道工程師在設(shè)計、分析柔性管時提供有益參考。
非常感謝白勇教授在浙江大學(xué)的研究生和博士后撰寫了本書的部分初始技術(shù)內(nèi)容，包括第2、6、9章（劉婷博士后），第3、17、18、21章（方攀），第4章（金釤博士），第5章（陳偉博士），第7、8、22章（高祎凡博士），第10、11、12章（原帥博士后），第13、14、15、16章（邵強強），第19章（許雨心博士），第20章（張霄杰博士），第23章（孫新宇）。
最后還要誠摯感謝柔性管制造公司OPR對本書出版的支持。
作者
2019年7月
白勇，江西撫州臨川人，現(xiàn)任浙江大學(xué)建工學(xué)院結(jié)構(gòu)工程研究所教授/博士生導(dǎo)師。2009年浙江省“百人計劃”引進人才，2010年國家第五批“QIAN人計劃”引進人才，2017年當選美國造船與輪機工程師協(xié)會(SNAME)會士，2018年當選挪威技術(shù)科學(xué)院院士。1989年在日本廣島大學(xué)取得海洋結(jié)構(gòu)博士學(xué)位，先后在丹麥技術(shù)大學(xué)、挪威科技大學(xué)和加州伯克利大學(xué)從事船舶與海洋工程領(lǐng)域博士后教學(xué)科研工作，發(fā)表論文近200篇，英文學(xué)術(shù)專著8本，中文合著8本。主要研究領(lǐng)域：海洋工程結(jié)構(gòu)、海洋管道與立管、工程風(fēng)險分析和安全評估、復(fù)合材料管、海洋石油水下生產(chǎn)系統(tǒng)、海洋工程鉆井機械、海洋風(fēng)能與潮流能、水下無人機器人及動力定位系統(tǒng)等。主要專著：《Subsea Engineering Handbook》《Subsea Pipeline Design, Analysis, and Installation》《Subsea Pipeline Integrity and Risk Management》《Marine Structural Design, 2nd Edition》《Flexible Pipes》《海上風(fēng)力發(fā)電》《水下生產(chǎn)系統(tǒng)手冊》《海洋立管設(shè)計》《海洋結(jié)構(gòu)工程》《復(fù)合材料柔性管》等�，F(xiàn)擔(dān)任國際海洋力學(xué)與極地工程OMAE管線會議學(xué)術(shù)成員，馬來西亞國家石油公司海底管道與立管培訓(xùn)導(dǎo)師，英國FLEMING EUROPE公司柔性管線和立管的完整性管理課程講師，新加坡UNI STRATEGIC公司海底管道與立管課程講師； 《船舶與海洋工程》常務(wù)理事，《International Journal of Ships & offshore Structures》編委；曾擔(dān)任“長江學(xué)者獎勵計劃”評審、“青年QIAN人計劃”通訊評審、“青年拔尖人才支持計劃”評審、海洋工程科學(xué)技術(shù)獎評審、浙江工業(yè)大學(xué)人才類項目評審、福建“百人計劃”評審、寧波杭州灣新區(qū)高層次人才評審。
邵強強，浙江麗水人，現(xiàn)就讀于浙江大學(xué)建工學(xué)院結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，主要研究非粘結(jié)柔性管在不同工況下的力學(xué)性能及截面設(shè)計。
第1章海洋柔性管概述1
1.1柔性管分類和特點3
1.2柔性管典型結(jié)構(gòu)4
1.2.1鋼帶增強柔性管典型結(jié)構(gòu)5
1.2.2非粘結(jié)管典型結(jié)構(gòu)7
1.2.3玻纖增強柔性管典型結(jié)構(gòu)8
1.3柔性管結(jié)構(gòu)分析現(xiàn)狀10
參考文獻11
第1篇鋼帶增強柔性管
第2章鋼帶增強柔性管抗壓潰能力15
2.1試驗研究17
2.1.1管道材料性質(zhì)17
2.1.2壓潰試驗19
2.1.3試驗結(jié)果20
2.2有限元數(shù)值模擬21
2.2.1網(wǎng)格及接觸面21
2.2.2荷載及邊界條件22
2.2.3結(jié)果討論23
2.3壓潰壓力簡化估算公式25
2.4參數(shù)分析27
2.4.1初始缺陷影響27
2.4.2幾何構(gòu)型影響29
2.4.3摩擦系數(shù)影響30
2.5本章小結(jié)31
參考文獻31
第3章鋼帶增強柔性管抗扭轉(zhuǎn)能力33
3.1試驗研究35
3.1.1試驗設(shè)備和試件制作35
3.1.2試驗步驟和試驗結(jié)果36
3.2整管試驗38
3.2.1試驗設(shè)備和樣管制作38
3.2.2試驗步驟和試驗結(jié)果39
3.3純扭轉(zhuǎn)有限元模擬40
3.3.1材料性能41
3.3.2幾何構(gòu)造41
3.3.3坐標系和荷載步41
3.3.4網(wǎng)格劃分和接觸定義42
3.3.5荷載和邊界條件43
3.3.6結(jié)果討論43
3.3.7HDPE層力學(xué)分析45
3.3.8鋼帶層力學(xué)分析47
3.4參數(shù)分析50
3.4.1軸向約束影響50
3.4.2鋼帶布置影響51
3.4.3摩擦系數(shù)影響51
3.4.4軸向荷載影響52
3.5本章小結(jié)53
參考文獻54
第4章鋼帶增強柔性管抗彎曲能力55
4.1有限元分析57
4.1.1模型和材料特性58
4.1.2載荷和邊界條件58
4.1.3分析結(jié)果58
4.2力學(xué)特性研究和討論59
4.2.1聚乙烯內(nèi)管道層59
4.2.2聚乙烯外管道層60
4.2.3鋼帶層61
4.3本章小結(jié)61
參考文獻62
第5章鋼帶增強柔性管爆破壓力63
5.1試驗研究65
5.2理論模型與有限元模型68
5.3有限元分析與討論69
5.3.1爆破壓力對比69
5.3.2增強層中應(yīng)力分析70
5.3.3內(nèi)外層HDPE應(yīng)力分析71
5.4參數(shù)分析72
5.4.1徑厚比72
5.4.2摩擦系數(shù)73
5.4.3增強層厚度73
5.4.4增強層纏繞角度74
5.5本章小結(jié)74
參考文獻75
第6章鋼帶增強柔性管拉伸性能77
6.1試驗研究79
6.1.1試驗步驟79
6.1.2試驗結(jié)果分析80
6.2有限元數(shù)值模擬83
6.2.1單元及接觸條件84
6.2.2荷載及邊界條件84
6.2.3材料參數(shù)輸入84
6.2.4試驗及有限元結(jié)果對比85
6.3理論模型89
6.3.1基本假設(shè)89
6.3.2鋼帶層力學(xué)模型91
6.3.3內(nèi)外層PE力學(xué)模型93
6.3.4軸對稱力學(xué)模型96
6.4結(jié)果討論96
6.4.1有限元模型建立96
6.4.2C1模型對比分析97
6.4.3C2模型對比分析99
6.4.4C3模型對比分析100
6.5本章小結(jié)101
參考文獻102
第7章內(nèi)壓荷載下帶有扣壓式接頭的管道應(yīng)力集中效應(yīng)103
7.1材料簡化模型106
7.1.1材料特性分析106
7.1.2材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系107
7.1.3邊界條件108
7.1.4數(shù)值迭代模型108
7.2管道/接頭理論模型109
7.2.1層間擠壓力計算模型110
7.2.2管壁位移應(yīng)變關(guān)系110
7.3實例分析115
7.3.12英寸四層增強層鋼帶管115
7.3.22英寸六層增強層鋼帶管116
7.4參數(shù)分析118
7.4.1徑厚比118
7.4.2增強層纏繞角119
7.4.3增強層厚度120
7.5本章小結(jié)121
參考文獻121
第8章螺栓法蘭式接頭密封性能125
8.1密封結(jié)構(gòu)形式128
8.2密封圈應(yīng)力分析130
8.3接觸壓力分析132
8.4密封圈結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計133
8.5工作狀態(tài)下密封性能分析136
8.5.1內(nèi)壓荷載下密封性能分析136
8.5.2外壓荷載下密封性能分析139
8.6本章小結(jié)140
參考文獻141
第9章鋼帶增強柔性管可靠性安全系數(shù)143
9.1安全系數(shù)計算過程145
9.2外壓作用下安全系數(shù)的矯正147
9.2.1隨機模型147
9.2.2結(jié)果討論149
9.3不同分布類型的影響151
9.3.1NN分布152
9.3.2LNLN分布154
9.3.3LNGumbel分布155
9.3.4結(jié)果討論156
9.4推薦使用設(shè)計安全系數(shù)157
9.5本章小結(jié)159
參考文獻160
第2篇非粘結(jié)柔性管
第10章非粘結(jié)柔性管受限外壓穩(wěn)定理論163
10.1圓管經(jīng)典穩(wěn)定理論165
10.2含缺陷圓管彈塑性穩(wěn)定理論168
10.3受剛性限制圓管穩(wěn)定理論169
10.4受彈性限制圓管穩(wěn)定理論174
10.5本章小結(jié)176
參考文獻176
第11章非粘結(jié)柔性管受限壓潰數(shù)值179
11.1受限彈性內(nèi)層壓潰數(shù)值研究181
11.1.1研究方法181
11.1.2數(shù)值分析建模要點183
11.2受限彈性等效長管壓潰數(shù)值分析184
11.2.1受限等效長管模型184
11.2.2抗彎剛度比對受限壓潰的影響185
11.2.3受限等效長管模型壓潰模態(tài)分析187
11.2.4徑厚比對受限壓潰的影響189
11.2.5數(shù)值計算結(jié)果與解析解的比較190
11.3受限彈性螺旋結(jié)構(gòu)壓潰數(shù)值分析191
11.3.1受限螺旋結(jié)構(gòu)壓潰模型191
11.3.2抗彎剛度比對受限壓潰的影響192
11.3.3受限螺旋結(jié)構(gòu)壓潰模態(tài)分析195
11.3.4徑厚比對受限壓潰的影響196
11.4本章小結(jié)198
參考文獻198
第12章非粘結(jié)柔性管受限壓潰試驗199
12.1材料試驗203
12.2壓潰試驗205
12.2.1試驗過程206
12.2.2試驗結(jié)果207
12.3試驗管段的數(shù)值模擬210
12.3.1試驗管段有限元模型210
12.3.2試驗管段有限元結(jié)果212
12.4試驗結(jié)果與理論解的比較213
12.5本章小結(jié)214
參考文獻214
第13章不同水深下非粘結(jié)柔性管結(jié)構(gòu)設(shè)計217
13.1結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介219
13.2解析方法220
13.2.1初始缺陷220
13.2.2骨架層屈曲222
13.3數(shù)值模型223
13.4結(jié)果討論225
13.5本章小結(jié)230
參考文獻231
第14章不同內(nèi)徑下高壓非粘結(jié)柔性管結(jié)構(gòu)設(shè)計233
14.1解析方法235
14.1.1聚合物層236
14.1.2螺旋纏繞鋼質(zhì)層237
14.1.3管道整體剛度矩陣239
14.1.4爆破失效準則239
14.2有限元分析240
14.3結(jié)果討論243
14.4結(jié)構(gòu)設(shè)計245
14.5本章小結(jié)248
參考文獻248
第15章非粘結(jié)柔性管拉伸性能251
15.1拉伸性能概述253
15.2理論模型254
15.2.1抗壓鎧裝層力學(xué)模型254
15.2.2抗拉鎧裝層力學(xué)性能256
15.2.3整體力學(xué)性能257
15.3數(shù)值模型258
15.3.1抗壓鎧裝層剛度258
15.3.2管道整體260
15.4結(jié)果討論262
15.5案例分析265
15.6本章小結(jié)266
參考文獻266
第16章新型柔性管截面設(shè)計269
16.1截面設(shè)計概述271
16.2非粘結(jié)柔性管算例分析272
16.2.1有限元分析275
16.2.2結(jié)果討論277
16.3鋼帶增強柔性管算例分析278
16.3.1有限元分析279
16.3.2結(jié)果討論281
16.4本章小結(jié)281
參考文獻281
第17章柔性管纏管分析283
17.1纏管概述285
17.2局部模型分析287
17.2.1拉伸模型287
17.2.2扭轉(zhuǎn)模型289
17.2.3彎曲模型289
17.3卷管整體模型290
17.3.1整體模型幾何尺寸291
17.3.2網(wǎng)格劃分和接觸定義291
17.3.3荷載步和邊界條件291
17.3.4模擬結(jié)果分析292
17.4參數(shù)分析294
17.4.1卷筒外徑影響294
17.4.2下沉距離影響295
17.4.3上卷長度影響296
17.4.4護套位置影響297
17.5本章小結(jié)299
參考文獻299
第3篇玻纖增強柔性管
第18章玻纖增強柔性管抗內(nèi)壓強度303
18.1數(shù)值理論305
18.1.1基本假設(shè)305
18.1.2理論分析305
18.1.3邊界條件308
18.2有限元仿真模擬計算309
18.2.1材料參數(shù)309
18.2.2有限元模型310
18.2.3仿真結(jié)果310
18.3短期爆破內(nèi)壓試驗313
18.3.1樣管參數(shù)313
18.3.2試驗設(shè)備314
18.3.3試驗步驟314
18.3.4試驗結(jié)果315
18.4結(jié)果討論317
18.5參數(shù)分析319
18.5.1纏繞角度319
18.5.2徑厚比319
18.5.3加強層數(shù)320
18.6本章小結(jié)320
參考文獻321
第19章玻纖增強柔性管抗拉強度323
19.1數(shù)值理論325
19.1.1基本假定325
19.1.2截面簡化326
19.1.3軸向變形326
19.1.4截面變形327
19.1.5體系平衡方程329
19.1.6數(shù)值求解方法329
19.2試驗研究330
19.3有限元研究332
19.3.1幾何模型332
19.3.2材料參數(shù)334
19.3.3耦合作用及邊界條件334
19.4結(jié)果討論335
19.4.1軸向荷載軸向位移曲線335
19.4.2截面變形336
19.4.3材料貢獻度337
19.4.4玻璃纖維應(yīng)力337
19.5參數(shù)分析338
19.5.1纖維纏繞角度338
19.5.2纖維數(shù)量339
19.5.3徑厚比339
19.5.4內(nèi)襯層和外保護層厚度340
19.6本章小結(jié)341
參考文獻341
第20章玻纖增強柔性管抗外壓強度343
20.1數(shù)值理論345
20.1.1基本假設(shè)345
20.1.2材料簡化模型345
20.1.3運動方程347
20.1.4虛功方程347
20.1.5數(shù)值計算348
20.2有限元分析350
20.2.1幾何參數(shù)和材料性能350
20.2.2有限元模型350
20.2.3計算結(jié)果351
20.3外壓試驗352
20.3.1材料試驗352
20.3.2試驗過程354
20.4結(jié)果討論357
20.5參數(shù)分析357
20.5.1初始缺陷358
20.5.2幾何構(gòu)型360
20.5.3材料性能362
20.6本章小結(jié)363
參考文獻363
第21章玻纖增強柔性管抗扭轉(zhuǎn)能力365
21.1試驗研究367
21.2數(shù)值理論369
21.2.1基本假設(shè)369
21.2.2理論模型370
21.2.3坐標系370
21.2.4邊界條件372
21.2.5幾何非線性373
21.3有限元研究373
21.3.1幾何參數(shù)和材料性能373
21.3.2有限元模型374
21.4結(jié)果討論376
21.5參數(shù)分析377
21.5.1纏繞角度377
21.5.2徑厚比378
21.5.3加強層厚度379
21.6本章小結(jié)380
參考文獻380
第22章玻纖增強柔性管最小彎曲半徑381
22.1彎曲試驗383
22.1.1試驗裝置383
22.1.2材料屬性及幾何參數(shù)385
22.1.3試驗過程385
22.1.4試驗結(jié)果386
22.2非線性屈曲理論386
22.2.1基本假設(shè)386
22.2.2運動方程387
22.2.3材料簡化模型388
22.2.4虛功方程389
22.2.5理論解法390
22.3有限元研究391
22.3.1有限元模型391
22.3.2計算結(jié)果393
22.4結(jié)果討論394
22.5參數(shù)分析395
22.5.1橢圓度395
22.5.2徑厚比395
22.6本章小結(jié)396
參考文獻396
第23章玻纖增強柔性管截面設(shè)計399
23.1相關(guān)術(shù)語401
23.2管道基本結(jié)構(gòu)402
23.2.1總體結(jié)構(gòu)402
23.2.2材料性能402
23.3強度失效設(shè)計標準403
23.3.1爆破壓力403
23.3.2內(nèi)壓彎矩下的爆破壓力404
23.3.3屈服拉力404
23.4失穩(wěn)設(shè)計的失效準則405
23.4.1最小彎曲半徑405
23.4.2外壓失穩(wěn)壓力406
23.5泄漏失效設(shè)計準則406
23.6本章小結(jié)406
參考文獻407
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