[發明專利]一種復合材料加固缺陷管道的應力計算方法及其計算系統

在審

• 申請號: 202211011601.3
• 申請日: 2022-08-23
• 公開（公告）號: CN115470578A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 咸貴軍;孔德奧;李承高;岳清瑞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14;G06F113/14;G06F113/26
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 姜明君

本發明公開了一種復合材料加固缺陷管道的應力計算系統及其計算方法。測得相關參數；計算復合材料加固缺陷管道彈性階段管道基體缺陷區域環向應力、填充材料環向應力、復合材料環向應力、管道基體缺陷區域軸向應力和復合材料軸向應力；計算缺陷管道基體屈服時的壓力；計算屈服后缺陷管道基體缺陷區域環向應力、填充材料環向應力、復合材料環向應力、管道基體缺陷區域軸向應力和復合材料軸向應力；計算爆破壓力。本方法考慮了管道基體屈服前后彈塑性本構關系，可精確計算管道基體、填充材料以及復合材料從空載到管道爆破整個過程中在環向和軸向的應力。提高極限內壓承載力計算的精度，并且方法簡單，可操作性強。

技術領域

本發明屬于壓力容器的加固施工設計技術領域，尤其涉及一種復合材料加固缺陷管道的應力計算方法及其計算系統。

背景技術

壓力容器在服役過程中可能出現不同形式的缺陷，對于容器壁減薄等缺陷，復合材料加固是一種施工簡單，適用面廣的室溫加固方法。應力狀態反應壓力容器、填充材料以及復合材料的受力狀態，準確計算復合材料加固壓力容器的應力對評價復合材料的加固效果和加固后壓力容器的強度起著重要的作用。目前復合材料加固壓力容器的應力的計算方法僅考慮環向應力，忽略了軸向應力的影響，同時也忽略了屈服后壓力容器的應變硬化效應。對于復合材料加固的帶有缺陷的壓力容器，軸向應力和環向應力共同作用，決定壓力容器的受力狀態。忽略應變硬化則降低應力的精確度。

發明內容

本發明提供一種復合材料加固缺陷管道的應力計算方法，修正上述假設所造成的偏差，效提高極限內壓承載力計算的精度，并且方法簡單，可操作性強。

本發明通過以下技術方案實現：

一種復合材料加固缺陷管道的應力計算方法，所述應力計算方法包括以下步驟：

步驟1：測得缺陷管道相關參數與填充材料相關參數；

步驟2：基于步驟1的參數，計算復合材料加固缺陷管道彈性階段管道基體缺陷區域環向應力、填充材料環向應力、復合材料環向應力、管道基體缺陷區域軸向應力和復合材料軸向應力；

步驟3：基于步驟2的加固缺陷管道彈性階段管道基體缺陷區域環向應力和軸向應力，計算缺陷管道基體屈服時的壓力；

步驟4：基于步驟3的缺陷管道基體屈服時的壓力，計算屈服后缺陷管道基體缺陷區域環向應力、填充材料環向應力、復合材料環向應力、管道基體缺陷區域軸向應力和復合材料軸向應力；

步驟5：基于步驟4的屈服后復合材料的環向應力，計算爆破壓力。

一種復合材料加固缺陷管道的應力計算方法，所述步驟1缺陷管道相關參數包括缺陷管道彈性模量E_s、屈服強度σ_y、初始外徑r_c、初始內徑r_i、缺陷區域缺陷管道的外徑r_p以及殘余壁厚t_s；測得填充材料的彈性模量E_p；測得復合材料相關參數包括環向彈性模量E_c、軸向彈性模量E_ca、抗拉強度σ_c及復合材料外表面到缺陷管道圓心的距離r_e。

一種復合材料加固缺陷管道的應力計算方法，所述步驟2中計算復合材料加固缺陷管道的填充材料厚度等于缺陷深度。

一種復合材料加固缺陷管道的應力計算方法，所述步驟2中計算復合材料加固缺陷管道彈性階段管道基體缺陷區域環向應力σ_θse通過以下公式計算，其中r_p為填充材料外表面到管道圓心的距離：

所述復合材料加固缺陷管道彈性階段填充材料環向應力σ_θpe通過以下公式計算：