力-熱載荷下雙金屬復合管的屈曲失效研究

郭奕蓉,張建勛,譚丁森,徐自力,秦慶華*

(1.西安交通大學 航天航空學院 機械結構強度與振動國家重點實驗室，西安 710049；2.上海電氣風電集團有限公司，上海 200235)

1 引 言

海洋油氣管道工程是海洋石油開發中不可缺少的環節，在海上和海底的生產系統安裝及運行過程中，由于深水超高壓環境、輸送壓力和溫度等復雜載荷的聯合作用，復雜載荷下管道的力學研究顯得尤為重要[1]。

使用雙金屬復合管是解決海洋高腐蝕環境相對安全和經濟的途徑之一。雙金屬復合管由外基管和內襯管組成，外基管一般為碳鋼或低合金鋼管，內襯管一般為不銹鋼或耐蝕合金管。海底管道在服役使用過程中，會受到力-熱載荷的聯合作用，如埋地海底管道輸送高溫高壓油氣時，會受到不同程度軸向壓力、內壓及熱載荷的聯合作用；長懸跨段海底管道輸送高溫高壓油氣時，會受到彎曲載荷、內壓及熱載荷的聯合作用。而且管道的工作壓力越來越高，其設計溫度接近100 ℃，有的甚至達到了150 ℃的高溫[2]。長懸跨段海底復合管道會產生局部屈曲，最終導致整個管道失效。

雙金屬復合管有多種成型方法，最常用的是液壓法。Vedeld等[3]對雙金屬復合管液壓成型過程進行了理論分析和實驗研究，得出外基管與內襯管的應力應變狀態、液壓力與兩管間殘余應力的計算公式。Yuan等[4]采用數值模擬，研究了雙金屬復合管的液壓成型過程，得到復合管所受內壓、殘余環向應力與徑向位移的關系?！?br>