薄壁内衬修复再生复合管层间作用及静态稳定性研究

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薄壁内衬修复技术是采用特殊施工工艺,将衬层与带腐蚀缺陷的管壁组合形成复合管道,可恢复或提高原管道安全性能实现带缺陷或待废弃管道的再生。采用该种技术修复的管道内衬层与外管壁形成了一种复合管道,研究分析薄壁内衬层与外管壁之间的层间相互作用及层间脱层稳定性,为薄壁内衬修复再生复合管稳定性能分析提供理论基础。研究基于复合管材切向与法向拉伸试验得出的层间相互作用建立了双线性内聚力有限元分析模型,并与试验得出的数据进行对比。基于该双线性内聚力模型,建立了薄壁玻璃钢内衬修复再生复合管的三维壳体模型和薄壁不锈钢内衬修复再生复合管的有限元分析模型,研究在不同修复方式、不同工况下复合管在径向力影响下层间作用及衬层剥离状态。结果表明薄壁玻璃钢内衬的临界剥离荷载并不是随着自身厚度的增加而一直增加,外基层管壁厚度对薄壁内衬临界剥离荷载的影响较小,而外基层管径厚比对其影响较大。建立了复合管的三维有限元分析模型,研究静力做用下,不同腐蚀程度的外管壁,采用不同修复方式、不同内衬层厚度修复时,外管壁与内衬层之间的层间作用状态及复合管的整体稳定性。在轴向力作用下,得出每种工况复合管外管壁屈曲破坏的临界屈曲荷载和复合管完全破坏的极限荷载,分析改变这两种临界荷载的影响因素。在外管壁腐蚀程度以及薄壁内衬层厚度相同的情况下,薄壁不锈钢内衬修复再生复合管的临界屈曲荷载均大于薄壁玻璃钢内衬修复再生复合管,但由于薄壁玻璃钢内衬与外管壁之间良好的层间相互作用,薄壁玻璃钢内衬不易剥离。对于外管壁腐蚀程度较小、内衬层厚度较薄的复合管,采用玻璃钢修复的复合管所能承受的极限荷载要大于采用不锈钢修复的复合管。承受弯矩作用时,在外管壁腐蚀程度以及薄壁内衬层厚度相同的情况下,薄壁玻璃钢内衬修复管道所能承受的弯矩极值均大于采用薄壁不锈钢内衬修复的管道,且随着腐蚀坑深度的增加,两者所能承受的极限弯矩的差值进一步加大,由于受层间粘合作用效应的影响,采用薄壁玻璃钢内衬修复的效果更佳。本文建立了薄壁内衬修复再生复合管的有限元分析模型,研究分析了再生复合管的层间相互作用及其在静力作用下的稳定性问题,得出了待修复管道的最佳修复方式与内衬层合理的厚度,分析模型能够很好地模拟复合管在受到不同荷载时的应力状态,可为薄壁内衬修复再生复合管的研究及技术应用奠定基础。
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