增強層氣泡缺陷對CRLP 承載能力影響分析

任 旭，張冬娜，樊 恒，劉沛杭

（1.西安石油大學機械工程學院，陜西西安 710065；2.中國石油集團石油管工程技術研究院，陜西西安 710077；3.西安石油大學電子工程學院，陜西西安 710065）

近年來，隨著世界經濟快速發展，人類社會對石油天然氣資源的需求不斷增長，管輸行業對管道性能提出了更高要求[1-6]。為了提高輸送效率和增大管道輸送量，人們將研究目標逐漸轉移到提高管線承載能力上[7]。但傳統管線鋼管提高承載能力的方法有限：增加壁厚會造成管線質量的增長，提高管材鋼級又會受制于材料工業的發展[8，9]。因此，人們對于新型管道的開發有著現實的需求。而復合材料因其質量輕、強度高等特點，成為一種理想的材料選擇[10]。

復合材料管線鋼管是在現有管線鋼管外以特定角度纏繞連續纖維型復合材料，使得管體的承壓能力能夠得到有效提高[11]。但在纏繞成型過程中，結構層中間可能會出現氣泡等缺陷，缺陷處的應力集中會使該位置的復合材料提前發生破壞，進而影響管材的整體性能。因此，探究纖維層缺陷與管線承載能力之間的關系顯得尤為重要。

結合有限元軟件對圓球缺陷CRLP[12-14]進行建模，從纖維層厚度及軸向兩個角度，探討增強層氣泡缺陷對CRLP 承載能力的影響，能夠為CRLP 設計提供更好的指導作用。

1 復材鋼管極限載荷分析

1.1 CSA Z662 設計方法

對處于常溫下的直管段，CSA Z662 規范[15]中關于CRLP 的最大容許操作壓力的計算公式為：

式中：P-管道最大設計壓力，MPa；D-管徑，mm；t-金屬管壁厚，mm；……