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海洋柔性管(簡體書)
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海洋柔性管(簡體書)

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作者簡介
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目次

商品簡介

在不同服役條件下,鋼帶增強柔性管、非粘結柔性管及玻纖增強柔性管都有其各自的特點及優勢。本書主要分為三個篇章:第1篇著重介紹了鋼帶增強柔性管,分別研究了鋼帶增強柔性管抗壓潰能力、抗扭轉能力、抗彎曲能力、爆破壓力、拉伸性能,帶有扣壓式接頭鋼帶管應力集中效應,鋼帶增強柔性管接頭密封性能、可靠性安全係數。第2篇主要論述了非粘結柔性管,分別介紹了非粘結柔性管受限外壓穩定理論、受限壓潰數值、受限壓潰試驗,不同水深下非粘結柔性管結構設計,不同內徑下高壓非粘結柔性管結構設計,非粘結柔性管拉伸性能,新型柔性管截面設計及柔性管纏管分析。第3篇介紹了玻纖增強柔性管,分別論述了玻纖增強柔性管抗內壓強度、抗拉強度、抗外壓強度、抗扭轉能力、最小彎曲半徑及截面設計。
本書結合嚴謹的理論研究和原創性的試驗驗證,可為管道工程師在設計、分析柔性管時提供有益參考。

作者簡介

白勇,江西撫州臨川人,現任浙江大學建工學院結構工程研究所教授/博士生導師。2009年浙江省“百人計劃”引進人才,2010年國家第五批“千人計劃”引進人才,2017年當選美國造船與輪機工程師協會(SNAME)會士,2018年當選挪威技術科學院院士。1989年在日本廣島大學取得海洋結構博士學位,先後在丹麥技術大學、挪威科技大學和加州伯克利大學從事船舶與海洋工程領域博士後教學科研工作,發表論文近200篇,英文學術專著8本,中文合著8本。主要研究領域:海洋工程結構、海洋管道與立管、工程風險分析和安全評估、複合材料管、海洋石油水下生產系統、海洋工程鑽井機械、海洋風能與潮流能、水下無人機器人及動力定位系統等。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》《海上風力發電》《水下生產系統手冊》《海洋立管設計》《海洋結構工程》《複合材料柔性管》等。現擔任國際海洋力學與極地工程OMAE管線會議學術成員,馬來西亞國家石油公司海底管道與立管培訓導師,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》常務理事,《International Journal of Ships & offshore Structures》編委;曾擔任“長江學者獎勵計劃”評審、“青年千人計劃”通訊評審、“青年拔尖人才支持計劃”評審、海洋工程科學技術獎評審、浙江工業大學人才類項目評審、福建“百人計劃”評審、寧波杭州灣新區高層次人才評審。

邵強強,浙江麗水人,現就讀于浙江大學建工學院結構工程專業,主要研究非粘結柔性管在不同工況下的力學性能及截面設計。

名人/編輯推薦

系統闡述了海洋柔性管的各種性能與設計方法

本書具有顯著的原創性、前沿性和科學性。隨著管道工程技術的迅速發展,複合材料柔性管在油氣行業得到了廣泛應用。目前許多研究人員和工程師仍然在繼續研究不同類型柔性管的力學性能和截面設計方法,但尚無能夠系統全面地介紹不同工況下柔性管的力學性能及截面設計方法的圖書。這些內容大多屬￿原創,大多是未出版過的內容。

作為學術專著,系統性強,內容全面。本書力圖全面闡述鋼帶增強柔性管、非粘結柔性管及玻纖增強柔性管的各自特點及優勢,書中內容儘量吸收國內外已有的最新研究成果。

目次

第1章海洋柔性管概述1

1.1柔性管分類和特點3

1.2柔性管典型結構4

1.2.1鋼帶增強柔性管典型結構5

1.2.2非粘結管典型結構7

1.2.3玻纖增強柔性管典型結構8

1.3柔性管結構分析現狀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17

2.1.2壓潰試驗19

2.1.3試驗結果20

2.2有限元數值模擬21

2.2.1網格及接觸面21

2.2.2荷載及邊界條件22

2.2.3結果討論23

2.3壓潰壓力簡化估算公式25

2.4參數分析27

2.4.1初始缺陷影響27

2.4.2幾何構型影響29

2.4.3摩擦係數影響30

2.5本章小結31

參考文獻31



第3章鋼帶增強柔性管抗扭轉能力33

3.1試驗研究35

3.1.1試驗設備和試件製作35

3.1.2試驗步驟和試驗結果36

3.2整管試驗38

3.2.1試驗設備和樣管制作38

3.2.2試驗步驟和試驗結果39

3.3純扭轉有限元模擬40

3.3.1材料性能41

3.3.2幾何構造41

3.3.3坐標系和荷載步41

3.3.4網格劃分和接觸定義42

3.3.5荷載和邊界條件43

3.3.6結果討論43

3.3.7HDPE層力學分析45

3.3.8鋼帶層力學分析47

3.4參數分析50

3.4.1軸向約束影響50

3.4.2鋼帶佈置影響51

3.4.3摩擦係數影響51

3.4.4軸向荷載影響52

3.5本章小結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分析結果58

4.2力學特性研究和討論59

4.2.1聚乙烯內管道層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增強層中應力分析70

5.3.3內外層HDPE應力分析71

5.4參數分析72

5.4.1徑厚比72

5.4.2摩擦係數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試驗結果分析80

6.2有限元數值模擬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材料參數輸入84

6.2.4試驗及有限元結果對比85

6.3理論模型89

6.3.1基本假設89

6.3.2鋼帶層力學模型91

6.3.3內外層PE力學模型93

6.3.4軸對稱力學模型96

6.4結果討論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101

參考文獻102



第7章內壓荷載下帶有扣壓式接頭的管道應力集中效應103

7.1材料簡化模型106

7.1.1材料特性分析106

7.1.2材料應力應變關係107

7.1.3邊界條件108

7.1.4數值迭代模型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管壁位移應變關係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密封結構形式128

8.2密封圈應力分析130

8.3接觸壓力分析132

8.4密封圈結構優化設計133

8.5工作狀態下密封性能分析136

8.5.1內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140

參考文獻141



第9章鋼帶增強柔性管可靠性安全係數143

9.1安全係數計算過程145

9.2外壓作用下安全係數的矯正147

9.2.1隨機模型147

9.2.2結果討論149

9.3不同分佈類型的影響151

9.3.1NN分佈152

9.3.2LNLN分佈154

9.3.3LNGumbel分佈155

9.3.4結果討論156

9.4推薦使用設計安全係數157

9.5本章小結159

參考文獻160

第2篇非粘結柔性管

第10章非粘結柔性管受限外壓穩定理論163

10.1圓管經典穩定理論165

10.2含缺陷圓管彈塑性穩定理論168

10.3受剛性限制圓管穩定理論169

10.4受彈性限制圓管穩定理論174

10.5本章小結176

參考文獻176



第11章非粘結柔性管受限壓潰數值179

11.1受限彈性內層壓潰數值研究181

11.1.1研究方法181

11.1.2數值分析建模要點183

11.2受限彈性等效長管壓潰數值分析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分析187

11.2.4徑厚比對受限壓潰的影響189

11.2.5數值計算結果與解析解的比較190

11.3受限彈性螺旋結構壓潰數值分析191

11.3.1受限螺旋結構壓潰模型191

11.3.2抗彎剛度比對受限壓潰的影響192

11.3.3受限螺旋結構壓潰模態分析195

11.3.4徑厚比對受限壓潰的影響196

11.4本章小結198

參考文獻198



第12章非粘結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試驗結果207

12.3試驗管段的數值模擬210

12.3.1試驗管段有限元模型210

12.3.2試驗管段有限元結果212

12.4試驗結果與理論解的比較213

12.5本章小結214

參考文獻214



第13章不同水深下非粘結柔性管結構設計217

13.1結構設計簡介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數值模型223

13.4結果討論225

13.5本章小結230

參考文獻231



第14章不同內徑下高壓非粘結柔性管結構設計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結果討論243

14.4結構設計245

14.5本章小結248

參考文獻248



第15章非粘結柔性管拉伸性能251

15.1拉伸性能概述253

15.2理論模型254

15.2.1抗壓鎧裝層力學模型254

15.2.2抗拉鎧裝層力學性能256

15.2.3整體力學性能257

15.3數值模型258

15.3.1抗壓鎧裝層剛度258

15.3.2管道整體260

15.4結果討論262

15.5案例分析265

15.6本章小結266

參考文獻266



第16章新型柔性管截面設計269

16.1截面設計概述271

16.2非粘結柔性管算例分析272

16.2.1有限元分析275

16.2.2結果討論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結果討論281

16.4本章小結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模擬結果分析292

17.4參數分析294

17.4.1捲筒外徑影響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壓強度303

18.1數值理論305

18.1.1基本假設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309

18.2.2有限元模型310

18.2.3仿真結果310

18.3短期爆破內壓試驗313

18.3.1樣管參數313

18.3.2試驗設備314

18.3.3試驗步驟314

18.3.4試驗結果315

18.4結果討論317

18.5參數分析319

18.5.1纏繞角度319

18.5.2徑厚比319

18.5.3加強層數320

18.6本章小結320

參考文獻321



第19章玻纖增強柔性管抗拉強度323

19.1數值理論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334

19.3.3耦合作用及邊界條件334

19.4結果討論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玻璃纖維應力337

19.5參數分析338

19.5.1纖維纏繞角度338

19.5.2纖維數量339

19.5.3徑厚比339

19.5.4內襯層和外保護層厚度340

19.6本章小結341

參考文獻341



第20章玻纖增強柔性管抗外壓強度343

20.1數值理論345

20.1.1基本假設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數值計算348

20.2有限元分析350

20.2.1幾何參數和材料性能350

20.2.2有限元模型350

20.2.3計算結果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結果討論357

20.5參數分析357

20.5.1初始缺陷358

20.5.2幾何構型360

20.5.3材料性能362

20.6本章小結363

參考文獻363



第21章玻纖增強柔性管抗扭轉能力365

21.1試驗研究367

21.2數值理論369

21.2.1基本假設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幾何參數和材料性能373

21.3.2有限元模型374

21.4結果討論376

21.5參數分析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385

22.1.3試驗過程385

22.1.4試驗結果386

22.2非線性屈曲理論386

22.2.1基本假設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計算結果393

22.4結果討論394

22.5參數分析395

22.5.1橢圓度395

22.5.2徑厚比395

22.6本章小結396

參考文獻396



第23章玻纖增強柔性管截面設計399

23.1相關術語401

23.2管道基本結構402

23.2.1總體結構402

23.2.2材料性能402

23.3強度失效設計標準403

23.3.1爆破壓力403

23.3.2內壓彎矩下的爆破壓力404

23.3.3屈服拉力404

23.4失穩設計的失效準則405

23.4.1最小彎曲半徑405

23.4.2外壓失穩壓力406

23.5洩漏失效設計準則406

23.6本章小結406

參考文獻407

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