[发明专利]一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法及其计算系统

说明书

本发明公开了一种复合材料加固缺陷管道的应力计算系统及其计算方法。测得相关参数；计算复合材料加固缺陷管道弹性阶段管道基体缺陷区域环向应力、填充材料环向应力、复合材料环向应力、管道基体缺陷区域轴向应力和复合材料轴向应力；计算缺陷管道基体屈服时的压力；计算屈服后缺陷管道基体缺陷区域环向应力、填充材料环向应力、复合材料环向应力、管道基体缺陷区域轴向应力和复合材料轴向应力；计算爆破压力。本方法考虑了管道基体屈服前后弹塑性本构关系，可精确计算管道基体、填充材料以及复合材料从空载到管道爆破整个过程中在环向和轴向的应力。提高极限内压承载力计算的精度，并且方法简单，可操作性强。

技术领域

本发明属于压力容器的加固施工设计技术领域，尤其涉及一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法及其计算系统。

背景技术

压力容器在服役过程中可能出现不同形式的缺陷，对于容器壁减薄等缺陷，复合材料加固是一种施工简单，适用面广的室温加固方法。应力状态反应压力容器、填充材料以及复合材料的受力状态，准确计算复合材料加固压力容器的应力对评价复合材料的加固效果和加固后压力容器的强度起着重要的作用。目前复合材料加固压力容器的应力的计算方法仅考虑环向应力，忽略了轴向应力的影响，同时也忽略了屈服后压力容器的应变硬化效应。对于复合材料加固的带有缺陷的压力容器，轴向应力和环向应力共同作用，决定压力容器的受力状态。忽略应变硬化则降低应力的精确度。

发明内容

本发明提供一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法，修正上述假设所造成的偏差，效提高极限内压承载力计算的精度，并且方法简单，可操作性强。

本发明通过以下技术方案实现：

一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法，所述应力计算方法包括以下步骤：

步骤1：测得缺陷管道相关参数与填充材料相关参数；

步骤2：基于步骤1的参数，计算复合材料加固缺陷管道弹性阶段管道基体缺陷区域环向应力、填充材料环向应力、复合材料环向应力、管道基体缺陷区域轴向应力和复合材料轴向应力；

步骤3：基于步骤2的加固缺陷管道弹性阶段管道基体缺陷区域环向应力和轴向应力，计算缺陷管道基体屈服时的压力；

步骤4：基于步骤3的缺陷管道基体屈服时的压力，计算屈服后缺陷管道基体缺陷区域环向应力、填充材料环向应力、复合材料环向应力、管道基体缺陷区域轴向应力和复合材料轴向应力；

步骤5：基于步骤4的屈服后复合材料的环向应力，计算爆破压力。

一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法，所述步骤1缺陷管道相关参数包括缺陷管道弹性模量E_s、屈服强度σ_y、初始外径r_c、初始内径r_i、缺陷区域缺陷管道的外径r_p以及残余壁厚t_s；测得填充材料的弹性模量E_p；测得复合材料相关参数包括环向弹性模量E_c、轴向弹性模量E_ca、抗拉强度σ_c及复合材料外表面到缺陷管道圆心的距离r_e。

一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法，所述步骤2中计算复合材料加固缺陷管道的填充材料厚度等于缺陷深度。

一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法，所述步骤2中计算复合材料加固缺陷管道弹性阶段管道基体缺陷区域环向应力σ_θse通过以下公式计算，其中r_p为填充材料外表面到管道圆心的距离：

所述复合材料加固缺陷管道弹性阶段填充材料环向应力σ_θpe通过以下公式计算：