海洋柔性管

图书标准信息

• 作者 白勇、邵强强 著
• 出版社 上海科学技术出版社
• 出版时间 2020-06
• 版次 1
• ISBN 9787547846018
• 定价 220.00元
• 装帧 精装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 432页
• 字数 580千字

【内容简介】

在不同服役条件下，钢带增强柔性管、非粘结柔性管及玻纤增强柔性管都有其各自的特点及优势。本书主要分为三个篇章：第1篇着重介绍了钢带增强柔性管，分别研究了钢带增强柔性管抗压溃能力、抗扭转能力、抗弯曲能力、爆破压力、拉伸性能，带有扣压式接头钢带管应力集中效应，钢带增强柔性管接头密封性能、可靠性安全系数。第2篇主要论述了非粘结柔性管，分别介绍了非粘结柔性管受限外压稳定理论、受限压溃数值、受限压溃试验，不同水深下非粘结柔性管结构设计，不同内径下高压非粘结柔性管结构设计，非粘结柔性管拉伸性能，新型柔性管截面设计及柔性管缠管分析。第3篇介绍了玻纤增强柔性管，分别论述了玻纤增强柔性管抗内压强度、抗拉强度、抗外压强度、抗扭转能力、最小弯曲半径及截面设计。

【作者简介】

白勇，江西抚州临川人，现任浙江大学建工学院结构工程研究所教授/博士生导师。2009年浙江省“百人计划”引进人才，2010年国家第五批“QIAN人计划”引进人才，2017年当选美国造船与轮机工程师协会(SNAME)会士，2018年当选挪威技术科学院院士。1989年在日本广岛大学取得海洋结构博士学位，先后在丹麦技术大学、挪威科技大学和加州伯克利大学从事船舶与海洋工程领域博士后教学科研工作，发表论文近200篇，英文学术专著8本，中文合著8本。主要研究领域：海洋工程结构、海洋管道与立管、工程风险分析和安全评估、复合材料管、海洋石油水下生产系统、海洋工程钻井机械、海洋风能与潮流能、水下无人机器人及动力定位系统等。主要专著：《Subsea Engineering Handbook》《Subsea Pipeline Design, Analysis, and Installation》《Subsea Pipeline Integrity and Risk Management》《Marine Structural Design, 2nd Edition》《Flexible Pipes》《海上风力发电》《水下生产系统手册》《海洋立管设计》《海洋结构工程》《复合材料柔性管》等。现担任国际海洋力学与极地工程OMAE管线会议学术成员，马来西亚国家石油公司海底管道与立管培训导师，英国FLEMING EUROPE公司柔性管线和立管的完整性管理课程讲师，新加坡UNI STRATEGIC公司海底管道与立管课程讲师； 《船舶与海洋工程》常务理事，《International Journal of Ships & offshore Structures》编委；曾担任“长江学者奖励计划”评审、“青年QIAN人计划”通讯评审、“青年拔尖人才支持计划”评审、海洋工程科学技术奖评审、浙江工业大学人才类项目评审、福建“百人计划”评审、宁波杭州湾新区高层次人才评审。

 

邵强强，浙江丽水人，现就读于浙江大学建工学院结构工程专业，主要研究非粘结柔性管在不同工况下的力学性能及截面设计。

 

【目录】

第1章海洋柔性管概述1

 

1.1柔性管分类和特点3

 

1.2柔性管典型结构4

 

1.2.1钢带增强柔性管典型结构5

 

1.2.2非粘结管典型结构7

 

1.2.3玻纤增强柔性管典型结构8

 

1.3柔性管结构分析现状10

 

参考文献11

 

第1篇钢带增强柔性管

 

第2章钢带增强柔性管抗压溃能力15

 

2.1试验研究17

 

2.1.1管道材料性质17

 

2.1.2压溃试验19

 

2.1.3试验结果20

 

2.2有限元数值模拟21

 

2.2.1网格及接触面21

 

2.2.2荷载及边界条件22

 

2.2.3结果讨论23

 

2.3压溃压力简化估算公式25

 

2.4参数分析27

 

2.4.1初始缺陷影响27

 

2.4.2几何构型影响29

 

2.4.3摩擦系数影响30

 

2.5本章小结31

 

参考文献31

 

 

第3章钢带增强柔性管抗扭转能力33

 

3.1试验研究35

 

3.1.1试验设备和试件制作35

 

3.1.2试验步骤和试验结果36

 

3.2整管试验38

 

3.2.1试验设备和样管制作38

 

3.2.2试验步骤和试验结果39

 

3.3纯扭转有限元模拟40

 

3.3.1材料性能41

 

3.3.2几何构造41

 

3.3.3坐标系和荷载步41

 

3.3.4网格划分和接触定义42

 

3.3.5荷载和边界条件43

 

3.3.6结果讨论43

 

3.3.7HDPE层力学分析45

 

3.3.8钢带层力学分析47

 

3.4参数分析50

 

3.4.1轴向约束影响50

 

3.4.2钢带布置影响51

 

3.4.3摩擦系数影响51

 

3.4.4轴向荷载影响52

 

3.5本章小结53

 

参考文献54

 

 

第4章钢带增强柔性管抗弯曲能力55

 

4.1有限元分析57

 

4.1.1模型和材料特性58

 

4.1.2载荷和边界条件58

 

4.1.3分析结果58

 

4.2力学特性研究和讨论59

 

4.2.1聚乙烯内管道层59

 

4.2.2聚乙烯外管道层60

 

4.2.3钢带层61

 

4.3本章小结61

 

参考文献62

 

 

第5章钢带增强柔性管爆破压力63

 

5.1试验研究65

 

5.2理论模型与有限元模型68

 

5.3有限元分析与讨论69

 

5.3.1爆破压力对比69

 

5.3.2增强层中应力分析70

 

5.3.3内外层HDPE应力分析71

 

5.4参数分析72

 

5.4.1径厚比72

 

5.4.2摩擦系数73

 

5.4.3增强层厚度73

 

5.4.4增强层缠绕角度74

 

5.5本章小结74

 

参考文献75

 

 

第6章钢带增强柔性管拉伸性能77

 

6.1试验研究79

 

6.1.1试验步骤79

 

6.1.2试验结果分析80

 

6.2有限元数值模拟83

 

6.2.1单元及接触条件84

 

6.2.2荷载及边界条件84

 

6.2.3材料参数输入84

 

6.2.4试验及有限元结果对比85

 

6.3理论模型89

 

6.3.1基本假设89

 

6.3.2钢带层力学模型91

 

6.3.3内外层PE力学模型93

 

6.3.4轴对称力学模型96

 

6.4结果讨论96

 

6.4.1有限元模型建立96

 

6.4.2C1模型对比分析97

 

6.4.3C2模型对比分析99

 

6.4.4C3模型对比分析100

 

6.5本章小结101

 

参考文献102

 

 

第7章内压荷载下带有扣压式接头的管道应力集中效应103

 

7.1材料简化模型106

 

7.1.1材料特性分析106

 

7.1.2材料应力应变关系107

 

7.1.3边界条件108

 

7.1.4数值迭代模型108

 

7.2管道/接头理论模型109

 

7.2.1层间挤压力计算模型110

 

7.2.2管壁位移应变关系110

 

7.3实例分析115

 

7.3.12英寸四层增强层钢带管115

 

7.3.22英寸六层增强层钢带管116

 

7.4参数分析118

 

7.4.1径厚比118

 

7.4.2增强层缠绕角119

 

7.4.3增强层厚度120

 

7.5本章小结121

 

参考文献121

 

 

第8章螺栓法兰式接头密封性能125

 

8.1密封结构形式128

 

8.2密封圈应力分析130

 

8.3接触压力分析132

 

8.4密封圈结构优化设计133

 

8.5工作状态下密封性能分析136

 

8.5.1内压荷载下密封性能分析136

 

8.5.2外压荷载下密封性能分析139

 

8.6本章小结140

 

参考文献141

 

 

第9章钢带增强柔性管可靠性安全系数143

 

9.1安全系数计算过程145

 

9.2外压作用下安全系数的矫正147

 

9.2.1随机模型147

 

9.2.2结果讨论149

 

9.3不同分布类型的影响151

 

9.3.1NN分布152

 

9.3.2LNLN分布154

 

9.3.3LNGumbel分布155

 

9.3.4结果讨论156

 

9.4推荐使用设计安全系数157

 

9.5本章小结159

 

参考文献160

 

第2篇非粘结柔性管

 

第10章非粘结柔性管受限外压稳定理论163

 

10.1圆管经典稳定理论165

 

10.2含缺陷圆管弹塑性稳定理论168

 

10.3受刚性限制圆管稳定理论169

 

10.4受弹性限制圆管稳定理论174

 

10.5本章小结176

 

参考文献176

 

 

第11章非粘结柔性管受限压溃数值179

 

11.1受限弹性内层压溃数值研究181

 

11.1.1研究方法181

 

11.1.2数值分析建模要点183

 

11.2受限弹性等效长管压溃数值分析184

 

11.2.1受限等效长管模型184

 

11.2.2抗弯刚度比对受限压溃的影响185

 

11.2.3受限等效长管模型压溃模态分析187

 

11.2.4径厚比对受限压溃的影响189

 

11.2.5数值计算结果与解析解的比较190

 

11.3受限弹性螺旋结构压溃数值分析191

 

11.3.1受限螺旋结构压溃模型191

 

11.3.2抗弯刚度比对受限压溃的影响192

 

11.3.3受限螺旋结构压溃模态分析195

 

11.3.4径厚比对受限压溃的影响196

 

11.4本章小结198

 

参考文献198

 

 

第12章非粘结柔性管受限压溃试验199

 

12.1材料试验203

 

12.2压溃试验205

 

12.2.1试验过程206

 

12.2.2试验结果207

 

12.3试验管段的数值模拟210

 

12.3.1试验管段有限元模型210

 

12.3.2试验管段有限元结果212

 

12.4试验结果与理论解的比较213

 

12.5本章小结214

 

参考文献214

 

 

第13章不同水深下非粘结柔性管结构设计217

 

13.1结构设计简介219

 

13.2解析方法220

 

13.2.1初始缺陷220

 

13.2.2骨架层屈曲222

 

13.3数值模型223

 

13.4结果讨论225

 

13.5本章小结230

 

参考文献231

 

 

第14章不同内径下高压非粘结柔性管结构设计233

 

14.1解析方法235

 

14.1.1聚合物层236

 

14.1.2螺旋缠绕钢质层237

 

14.1.3管道整体刚度矩阵239

 

14.1.4爆破失效准则239

 

14.2有限元分析240

 

14.3结果讨论243

 

14.4结构设计245

 

14.5本章小结248

 

参考文献248

 

 

第15章非粘结柔性管拉伸性能251

 

15.1拉伸性能概述253

 

15.2理论模型254

 

15.2.1抗压铠装层力学模型254

 

15.2.2抗拉铠装层力学性能256

 

15.2.3整体力学性能257

 

15.3数值模型258

 

15.3.1抗压铠装层刚度258

 

15.3.2管道整体260

 

15.4结果讨论262

 

15.5案例分析265

 

15.6本章小结266

 

参考文献266

 

 

第16章新型柔性管截面设计269

 

16.1截面设计概述271

 

16.2非粘结柔性管算例分析272

 

16.2.1有限元分析275

 

16.2.2结果讨论277

 

16.3钢带增强柔性管算例分析278

 

16.3.1有限元分析279

 

16.3.2结果讨论281

 

16.4本章小结281

 

参考文献281

 

 

第17章柔性管缠管分析283

 

17.1缠管概述285

 

17.2局部模型分析287

 

17.2.1拉伸模型287

 

17.2.2扭转模型289

 

17.2.3弯曲模型289

 

17.3卷管整体模型290

 

17.3.1整体模型几何尺寸291

 

17.3.2网格划分和接触定义291

 

17.3.3荷载步和边界条件291

 

17.3.4模拟结果分析292

 

17.4参数分析294

 

17.4.1卷筒外径影响294

 

17.4.2下沉距离影响295

 

17.4.3上卷长度影响296

 

17.4.4护套位置影响297

 

17.5本章小结299

 

参考文献299

 

第3篇玻纤增强柔性管

 

第18章玻纤增强柔性管抗内压强度303

 

18.1数值理论305

 

18.1.1基本假设305

 

18.1.2理论分析305

 

18.1.3边界条件308

 

18.2有限元仿真模拟计算309

 

18.2.1材料参数309

 

18.2.2有限元模型310

 

18.2.3仿真结果310

 

18.3短期爆破内压试验313

 

18.3.1样管参数313

 

18.3.2试验设备314

 

18.3.3试验步骤314

 

18.3.4试验结果315

 

18.4结果讨论317

 

18.5参数分析319

 

18.5.1缠绕角度319

 

18.5.2径厚比319

 

18.5.3加强层数320

 

18.6本章小结320

 

参考文献321

 

 

第19章玻纤增强柔性管抗拉强度323

 

19.1数值理论325

 

19.1.1基本假定325

 

19.1.2截面简化326

 

19.1.3轴向变形326

 

19.1.4截面变形327

 

19.1.5体系平衡方程329

 

19.1.6数值求解方法329

 

19.2试验研究330

 

19.3有限元研究332

 

19.3.1几何模型332

 

19.3.2材料参数334

 

19.3.3耦合作用及边界条件334

 

19.4结果讨论335

 

19.4.1轴向荷载轴向位移曲线335

 

19.4.2截面变形336

 

19.4.3材料贡献度337

 

19.4.4玻璃纤维应力337

 

19.5参数分析338

 

19.5.1纤维缠绕角度338

 

19.5.2纤维数量339

 

19.5.3径厚比339

 

19.5.4内衬层和外保护层厚度340

 

19.6本章小结341

 

参考文献341

 

 

第20章玻纤增强柔性管抗外压强度343

 

20.1数值理论345

 

20.1.1基本假设345

 

20.1.2材料简化模型345

 

20.1.3运动方程347

 

20.1.4虚功方程347

 

20.1.5数值计算348

 

20.2有限元分析350

 

20.2.1几何参数和材料性能350

 

20.2.2有限元模型350

 

20.2.3计算结果351

 

20.3外压试验352

 

20.3.1材料试验352

 

20.3.2试验过程354

 

20.4结果讨论357

 

20.5参数分析357

 

20.5.1初始缺陷358

 

20.5.2几何构型360

 

20.5.3材料性能362

 

20.6本章小结363

 

参考文献363

 

 

第21章玻纤增强柔性管抗扭转能力365

 

21.1试验研究367

 

21.2数值理论369

 

21.2.1基本假设369

 

21.2.2理论模型370

 

21.2.3坐标系370

 

21.2.4边界条件372

 

21.2.5几何非线性373

 

21.3有限元研究373

 

21.3.1几何参数和材料性能373

 

21.3.2有限元模型374

 

21.4结果讨论376

 

21.5参数分析377

 

21.5.1缠绕角度377

 

21.5.2径厚比378

 

21.5.3加强层厚度379

 

21.6本章小结380

 

参考文献380

 

 

第22章玻纤增强柔性管最小弯曲半径381

 

22.1弯曲试验383

 

22.1.1试验装置383

 

22.1.2材料属性及几何参数385

 

22.1.3试验过程385

 

22.1.4试验结果386

 

22.2非线性屈曲理论386

 

22.2.1基本假设386

 

22.2.2运动方程387

 

22.2.3材料简化模型388

 

22.2.4虚功方程389

 

22.2.5理论解法390

 

22.3有限元研究391

 

22.3.1有限元模型391

 

22.3.2计算结果393

 

22.4结果讨论394

 

22.5参数分析395

 

22.5.1椭圆度395

 

22.5.2径厚比395

 

22.6本章小结396

 

参考文献396

 

 

第23章玻纤增强柔性管截面设计399

 

23.1相关术语401

 

23.2管道基本结构402

 

23.2.1总体结构402

 

23.2.2材料性能402

 

23.3强度失效设计标准403

 

23.3.1爆破压力403

 

23.3.2内压弯矩下的爆破压力404

 

23.3.3屈服拉力404

 

23.4失稳设计的失效准则405

 

23.4.1最小弯曲半径405

 

23.4.2外压失稳压力406

 

23.5泄漏失效设计准则406

 

23.6本章小结406

 

参考文献407