双金属复合管基础理论研究

双金属复合管是一种高性能异质金属复合管道材料，由外管和内衬管通过塑性成形等方法复合而成。外管一般用于承载外部载荷，而内衬则可以根据特殊功能需求选择不同材料，如抗腐蚀、抗磨损、抗冲击、高热传导性、高导电性及高磁性等材料，从而克服了单一材质综合性能不足的缺陷。凭借优异的产品性能和经济性优势，双金属复合管在石油天然气、化工、海洋、核电、航空航天等领域都有成功应用。在我国双金属复合管产品从无到有的20余年里，复合管的生产制造及工程应用方面成绩斐然。我国已经成为全球双金属复合管产能最大的国家，也是世界上复合管制造企业最多的国家，目前我国在役的复合管占全球在役管道的比例接近50%。但是，由于对其产品设计、制造工艺及安装和运维措施等方面认识有限，实际应用中也出现了内衬分离、屈曲塌陷破坏等效能不足问题，这已成为影响复合管安全性的主要问题，也在一定程度上使双金属复合管在我国的发展和应用产生了滞后。
认识到双金属复合管在多个工业领域的重要性及对支持新兴产业和技术发展的潜在重要作用，作者在复合管的基础理论、试验和工程应用等方面开展了长期研究。本书既总结了作者近年在学术理论方面的一些研究成果，又结合其在国外工业界任职时所积累的国际工程项目经验，其中包括了与美国Kyriakides教授合作的部分研究成果以及回国后开展的研究工作，对机械结合双金属复合管在设计制造及工程应用中所需的复杂力学机理、内衬失稳防控理论和技术措施等进行了详细阐述，以期改变我国目前存在的研发、生产与工程应用严重脱节的局面。
本书首先对双金属复合管的产品发展历程和现有技术标准等方面进行介绍，并总结了深海复合管的铺设安装工艺现状；第2章从复合管的液压成形制造方面着手，介绍了复合成形基础力学理论与关键工艺参数的影响，并对产品设计和工艺优化提出了指导建议；第3章重点研究了弯曲作用下复合管的结构响应、内衬塑性分支失稳特性，以及非轴对称高阶屈曲模态的演变过程等内容；第4章与第5章分别就环焊缝和凹陷缺陷对复合管弯曲屈曲的强扰动影响进行研究；第6章则从试验和理论角度对轴压作用下复合管的褶皱和屈曲问题进行了阐述；第7章与第8章分别介绍了拉力和弯曲组合工况下及卷管过程中复合管的失稳与极限承载特性；第9章总结了与工程应用密切相关的主要研究结论，并对复合管的研究和技术发展方向进行了展望。本书的最后附有塑性力学基础理论和基于非线性环理论的管道弹塑性屈曲分析程序框架，可以帮助读者更好地理解相关力学理论的推导和计算方法。
在本书完稿之际，首先要感谢我的博士生导师、美国工程院院士、得克萨斯大学奥斯汀分校工程力学系 Stelios Kyriakides 教授，这些研究成果离不开他的指导和帮助。感谢浙江大学金伟良教授、龚顺风教授以及中国石油大学（北京）段梦兰教授，在我回国到天津大学开展学术研究之初，他们给予了许多好的建议，对我的研究工作提供了大力支持，特别要感谢段梦兰教授为本书作序；感谢包括西湖大学崔维成教授、西安向阳航天复合材料有限公司张燕飞总工程师在内的多位业内资深专家对本书的评阅建议与鼓励；感谢天津大学课题组的研究生赵昱、邵文钊、刘浩伟、周家胜、骆邱沙、刘政、张翔宇等，他们对本书专题进行了深入的研究，本书的内容也体现了他们的一部分研究成果。书中也引用了大量的参考文献，在此对所引用参考文献的作者表示谢意。
由于作者水平有限，书中的疏漏在所难免，敬请读者不吝赐教。

作 者2023年2月

双金属复合管的服役效能不足是长期困扰工程界的技术难题,如何在产品研发、生产和工程应用层面统筹解决其中的技术与理论问题是一项重要研究课题。
本书内容以双金属复合管的关键力学机理与实际工程应用技术的密切联系为重点,从产品设计、制造加工、铺设安装及工程服役效能方面进行全面、系统地介绍,特别针对复合管结构的弹塑性力学响应、内衬薄壳的多级屈曲失稳演化及工程应对措施等重点内容逐一进行深入阐释。本书展示了双金属复合管在国内外的最新研究进展与发展前景,有助于我国在该领域工程技术水平的提升。
本书适合从事油气储运、海洋工程等领域的工程设计人员、施工人员、研究人员和管理人员使用,也可供高等院校相关专业师生参考。

袁林，天津大学教授，博士生导师。毕业于美国德克萨斯大学奥斯汀分校工程力学系，曾担任美国Stress Engineering高级工程师等职位。长期从事海洋工程领域的科研与工程实践工作，主持国家自然科学基金面上项目1项，承担国际工业联合项目JIP等国际重大研发专项10余项，其研究成果已被纳入业内技术标准，并获得OMAE最佳论文奖。在International Journal of Solids and Structures等著名国际期刊发表研究论文40余篇，并得到了国际著名工程学网站“Advances in Engineering”的公开报道和高度评价。

双金属复合管在油气工业中有广阔的应用前景，但目前系统介绍其分析理论和设计方法的专著还没有。《双金属复合管基础理论研究》一书为该领域提供交叉学科知识的系统学习，促进理论创新与技术应用的互通交流，加速新成果的转化有着重要作用，同时填补该领域缺乏著作的空白。