采用复合材料修复内部损伤柱形耐压壳的设计方法及结构技术

本发明专利技术公开了一种采用复合材料修复内部损伤柱形耐压壳的设计方法及结构，方法包括以下步骤：第一步：判断长短壳；第二步：确定完美柱壳设计压力；第三步：确定缺陷柱壳断裂应力；第四步：确定缺陷柱壳设计压力；第五步：设计复合材料修复层；第六步：有限元验证。本发明专利技术中以柱形耐压壳初始与修复后的承载能力相同为基准，会根据管道内部损伤程度不同，计算出具体的修复方案，给出修复层数和修复长度。利用该设计方法修复的内部损伤柱形耐压壳，可最大化的节约修复成本，保证恢复初始承载能力的同时，阻断后续海洋环境对该区域柱壳表面二次腐蚀。蚀。蚀。

【技术实现步骤摘要】
采用复合材料修复内部损伤柱形耐压壳的设计方法及结构


[0001]本专利技术涉及深海工程维修
，尤其是涉及采用复合材料修复内部损伤柱形耐压壳的设计方法及结构。

技术介绍

[0002]目前，为了探索海洋领域、开发海洋资源，海洋工程装备已成为大洋勘查和深海研究的重要组成部分。人类构建深海空间站、深海管道体系以及制造核动力潜艇等不同种类的潜水器进行探测海底世界，而随着下潜深度增加，设备承受的静水压力会越大，圆柱形耐压壳作为大部分海洋工程装备的主体结构，因其加工难度低，承载能力强，成熟的加工工艺，良好的强度、稳定性，壳体空间利用率，被广泛应用于油气运输、深海潜器等工程领域。
[0003]然而，为了满足相应的工艺制造要求、存储腐蚀性液体或油气运输，长时间使用会造成局部腐蚀、内壁减薄，形成局部失稳，以致寿命降低。现有的维修技术则是通过钢套加固、更换设备或者利用焊接技术进行维修，而在实际操作过程中，由于处于深海环境下使得维修难度增加，成本升高，以及在维修后也无法避免海水对于壳体表面的二次腐蚀。
[0004]如今，复合材料，如纤维增强聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用复合材料修复内部损伤柱形耐压壳的设计方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：判断长短壳；根据耐压壳的外径D和壁厚t计算临界长度L
cr
,对于耐压壳进行判断分类，其中：当耐压壳计算长度≥临界长度时，为长柱壳；当耐压壳计算长度<临界长度，为短柱壳；第二步：确定完美柱壳设计压力；对于钢制柱形耐压壳，当处于深海中，外部压力均匀的作用在柱壳表面，按照耐压壳的分类按以下公式进行壳体临界压力的计算：长柱壳：短柱壳：其中，L为柱壳长度，E为柱壳的弹性模量，P
cr
为临界压力；考虑耐压壳成型过程中多种因素对临界压力造成的不良影响，引入安全系数m，则满足临界压力为设计压力为：第三步：确定缺陷柱壳断裂应力；S1：确定缺陷区域的具体形态，引入缺陷当量长度z,求出缺陷在轴向穿壁平面的投影面积S：其中，l为损失最大轴向长度，d为损失的最大深度，d
avg
为损失平均厚度；S2：根据缺陷程度，γ＝d/t，确定材料的流变应力S
flow
：其中，SMYS为最小屈服强度；S3：计算内部损失柱壳环向断裂应力：以Dugdale塑性尺寸模型、受外压耐压壳的轴向缺陷的Folias分析和经验的缺陷深度与柱壳厚度关系为基础，得到环向断裂应力为：其中，S
F
为环向断裂应力，S0为缺陷处原始管壁的横截面积，S0＝lt，M
t
为Flias系数，代入投影面积S，则：
第四步：确定缺陷柱壳设计压力；柱形耐压壳失效压力P
F
：P
F
＝S
F
2t/D；柱形耐压壳设计压力P
S
：P
S
＝P
F
/SF；其中，SF为常数，SF＝1.2～1.6；第五步：设计复合材料修复层；修复厚度：其中，E
p
为柱壳的拉伸模量，E
a
为纤维增强聚合物轴向的拉伸模量，P
d
为设计压力；修复长度：F＝2πrtσ
y
；其中，F为柱形耐压壳轴向屈服载荷；l0...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕赟，张建，展铭，王明禄，狄陈阳，萨克迪拉特凯文鲁恩，李政，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：