在不同服役條件下，鋼帶增強柔性管、非粘結柔性管及玻纖增強柔性管都有其各自的特點及優(yōu)勢。本書主要分為三個篇章：第1篇著重介紹了鋼帶增強柔性管，分別研究了鋼帶增強柔性管抗壓潰能力、抗扭轉能力、抗彎曲能力、爆破壓力、拉伸性能，帶有扣壓式接頭鋼帶管應力集中效應，鋼帶增強柔性管接頭密封性能、可靠性安全系數。第2篇主要論述了非粘結柔性管，分別介紹了非粘結柔性管受限外壓穩(wěn)定理論、受限壓潰數值、受限壓潰試驗，不同水深下非粘結柔性管結構設計，不同內徑下高壓非粘結柔性管結構設計，非粘結柔性管拉伸性能，新型柔性管截面設計及柔性管纏管分析。第3篇介紹了玻纖增強柔性管，分別論述了玻纖增強柔性管抗內壓強度、抗拉強度、抗外壓強度、抗扭轉能力、最小彎曲半徑及截面設計。
適讀人群 ：管道工程師 本書具有顯著的原創(chuàng)性、前沿性和科學性。隨著管道工程技術的迅速發(fā)展，復合材料柔性管在油氣行業(yè)得到了廣泛應用。目前許多研究人員和工程師仍然在繼續(xù)研究不同類型柔性管的力學性能和截面設計方法，但尚無能夠系統(tǒng)全面地介紹不同工況下柔性管的力學性能及截面設計方法的圖書。這些內容大多屬于原創(chuàng)，大多是未出版過的內容。
作為學術專著，系統(tǒng)性強，內容全面。本書力圖全面闡述鋼帶增強柔性管、非粘結柔性管及玻纖增強柔性管的各自特點及優(yōu)勢，書中內容盡量吸收國內外已有的ZU1新研究成果。
隨著管道工程技術的迅速發(fā)展，復合材料柔性管在油氣行業(yè)得到了廣泛應用。目前許多研究人員和工程師仍然在繼續(xù)研究不同類型柔性管的力學性能和截面設計方法，但尚無能夠系統(tǒng)全面地介紹不同工況下柔性管的力學性能及截面設計方法的圖書。
鋼帶增強柔性管作為一種特殊的非粘結柔性管，其結構更為簡潔，生產工藝也更為簡單，主要適用于淺海與陸地區(qū)域；傳統(tǒng)的非粘結柔性管對海洋工程中各種環(huán)境適應能力強，可適用于深海環(huán)境；玻纖增強柔性管作為一種典型的粘結柔性管，在需要較短長度或管道安裝空間有限時效用較好。在不同服役條件下，不同類型的柔性管都有其各自的特點及優(yōu)勢。因此本書分為三個篇章，著重介紹了不同類型柔性管的抗壓潰能力、抗扭轉能力、抗彎曲能力、抗內壓能力、抗彎曲能力及不同類型柔性管的截面設計。作者結合嚴謹的理論研究和原創(chuàng)性的試驗驗證，希望可以為管道工程師在設計、分析柔性管時提供有益參考。
非常感謝白勇教授在浙江大學的研究生和博士后撰寫了本書的部分初始技術內容，包括第2、6、9章（劉婷博士后），第3、17、18、21章（方攀），第4章（金釤博士），第5章（陳偉博士），第7、8、22章（高祎凡博士），第10、11、12章（原帥博士后），第13、14、15、16章（邵強強），第19章（許雨心博士），第20章（張霄杰博士），第23章（孫新宇）。
最后還要誠摯感謝柔性管制造公司OPR對本書出版的支持。
作者
2019年7月
白勇，江西撫州臨川人，現任浙江大學建工學院結構工程研究所教授/博士生導師。2009年浙江省“百人計劃”引進人才，2010年國家第五批“QIAN人計劃”引進人才，2017年當選美國造船與輪機工程師協(xié)會(SNAME)會士，2018年當選挪威技術科學院院士。1989年在日本廣島大學取得海洋結構博士學位，先后在丹麥技術大學、挪威科技大學和加州伯克利大學從事船舶與海洋工程領域博士后教學科研工作，發(fā)表論文近200篇，英文學術專著8本，中文合著8本。主要研究領域：海洋工程結構、海洋管道與立管、工程風險分析和安全評估、復合材料管、海洋石油水下生產系統(tǒng)、海洋工程鉆井機械、海洋風能與潮流能、水下無人機器人及動力定位系統(tǒng)等。主要專著：《Subsea Engineering Handbook》《Subsea Pipeline Design, Analysis, and Installation》《Subsea Pipeline Integrity and Risk Management》《Marine Structural Design, 2nd Edition》《Flexible Pipes》《海上風力發(fā)電》《水下生產系統(tǒng)手冊》《海洋立管設計》《海洋結構工程》《復合材料柔性管》等�，F擔任國際海洋力學與極地工程OMAE管線會議學術成員，馬來西亞國家石油公司海底管道與立管培訓導師，英國FLEMING EUROPE公司柔性管線和立管的完整性管理課程講師，新加坡UNI STRATEGIC公司海底管道與立管課程講師； 《船舶與海洋工程》常務理事，《International Journal of Ships & offshore Structures》編委；曾擔任“長江學者獎勵計劃”評審、“青年QIAN人計劃”通訊評審、“青年拔尖人才支持計劃”評審、海洋工程科學技術獎評審、浙江工業(yè)大學人才類項目評審、福建“百人計劃”評審、寧波杭州灣新區(qū)高層次人才評審。
邵強強，浙江麗水人，現就讀于浙江大學建工學院結構工程專業(yè)，主要研究非粘結柔性管在不同工況下的力學性能及截面設計。
第1章海洋柔性管概述1
1.1柔性管分類和特點3
1.2柔性管典型結構4
1.2.1鋼帶增強柔性管典型結構5
1.2.2非粘結管典型結構7
1.2.3玻纖增強柔性管典型結構8
1.3柔性管結構分析現狀10
參考文獻11
第1篇鋼帶增強柔性管
第2章鋼帶增強柔性管抗壓潰能力15
2.1試驗研究17
2.1.1管道材料性質17
2.1.2壓潰試驗19
2.1.3試驗結果20
2.2有限元數值模擬21
2.2.1網格及接觸面21
2.2.2荷載及邊界條件22
2.2.3結果討論23
2.3壓潰壓力簡化估算公式25
2.4參數分析27
2.4.1初始缺陷影響27
2.4.2幾何構型影響29
2.4.3摩擦系數影響30
2.5本章小結31
參考文獻31
第3章鋼帶增強柔性管抗扭轉能力33
3.1試驗研究35
3.1.1試驗設備和試件制作35
3.1.2試驗步驟和試驗結果36
3.2整管試驗38
3.2.1試驗設備和樣管制作38
3.2.2試驗步驟和試驗結果39
3.3純扭轉有限元模擬40
3.3.1材料性能41
3.3.2幾何構造41
3.3.3坐標系和荷載步41
3.3.4網格劃分和接觸定義42
3.3.5荷載和邊界條件43
3.3.6結果討論43
3.3.7HDPE層力學分析45
3.3.8鋼帶層力學分析47
3.4參數分析50
3.4.1軸向約束影響50
3.4.2鋼帶布置影響51
3.4.3摩擦系數影響51
3.4.4軸向荷載影響52
3.5本章小結53
參考文獻54
第4章鋼帶增強柔性管抗彎曲能力55
4.1有限元分析57
4.1.1模型和材料特性58
4.1.2載荷和邊界條件58
4.1.3分析結果58
4.2力學特性研究和討論59
4.2.1聚乙烯內管道層59
4.2.2聚乙烯外管道層60
4.2.3鋼帶層61
4.3本章小結61
參考文獻62
第5章鋼帶增強柔性管爆破壓力63
5.1試驗研究65
5.2理論模型與有限元模型68
5.3有限元分析與討論69
5.3.1爆破壓力對比69
5.3.2增強層中應力分析70
5.3.3內外層HDPE應力分析71
5.4參數分析72
5.4.1徑厚比72
5.4.2摩擦系數73
5.4.3增強層厚度73
5.4.4增強層纏繞角度74
5.5本章小結74
參考文獻75
第6章鋼帶增強柔性管拉伸性能77
6.1試驗研究79
6.1.1試驗步驟79
6.1.2試驗結果分析80
6.2有限元數值模擬83
6.2.1單元及接觸條件84
6.2.2荷載及邊界條件84
6.2.3材料參數輸入84
6.2.4試驗及有限元結果對比85
6.3理論模型89
6.3.1基本假設89
6.3.2鋼帶層力學模型91
6.3.3內外層PE力學模型93
6.3.4軸對稱力學模型96
6.4結果討論96
6.4.1有限元模型建立96
6.4.2C1模型對比分析97
6.4.3C2模型對比分析99
6.4.4C3模型對比分析100
6.5本章小結101
參考文獻102
第7章內壓荷載下帶有扣壓式接頭的管道應力集中效應103
7.1材料簡化模型106
7.1.1材料特性分析106
7.1.2材料應力應變關系107
7.1.3邊界條件108
7.1.4數值迭代模型108
7.2管道/接頭理論模型109
7.2.1層間擠壓力計算模型110
7.2.2管壁位移應變關系110
7.3實例分析115
7.3.12英寸四層增強層鋼帶管115
7.3.22英寸六層增強層鋼帶管116
7.4參數分析118
7.4.1徑厚比118
7.4.2增強層纏繞角119
7.4.3增強層厚度120
7.5本章小結121
參考文獻121
第8章螺栓法蘭式接頭密封性能125
8.1密封結構形式128
8.2密封圈應力分析130
8.3接觸壓力分析132
8.4密封圈結構優(yōu)化設計133
8.5工作狀態(tài)下密封性能分析136
8.5.1內壓荷載下密封性能分析136
8.5.2外壓荷載下密封性能分析139
8.6本章小結140
參考文獻141
第9章鋼帶增強柔性管可靠性安全系數143
9.1安全系數計算過程145
9.2外壓作用下安全系數的矯正147
9.2.1隨機模型147
9.2.2結果討論149
9.3不同分布類型的影響151
9.3.1NN分布152
9.3.2LNLN分布154
9.3.3LNGumbel分布155
9.3.4結果討論156
9.4推薦使用設計安全系數157
9.5本章小結159
參考文獻160
第2篇非粘結柔性管
第10章非粘結柔性管受限外壓穩(wěn)定理論163
10.1圓管經典穩(wěn)定理論165
10.2含缺陷圓管彈塑性穩(wěn)定理論168
10.3受剛性限制圓管穩(wěn)定理論169
10.4受彈性限制圓管穩(wěn)定理論174
10.5本章小結176
參考文獻176
第11章非粘結柔性管受限壓潰數值179
11.1受限彈性內層壓潰數值研究181
11.1.1研究方法181
11.1.2數值分析建模要點183
11.2受限彈性等效長管壓潰數值分析184
11.2.1受限等效長管模型184
11.2.2抗彎剛度比對受限壓潰的影響185
11.2.3受限等效長管模型壓潰模態(tài)分析187
11.2.4徑厚比對受限壓潰的影響189
11.2.5數值計算結果與解析解的比較190
11.3受限彈性螺旋結構壓潰數值分析191
11.3.1受限螺旋結構壓潰模型191
11.3.2抗彎剛度比對受限壓潰的影響192
11.3.3受限螺旋結構壓潰模態(tài)分析195
11.3.4徑厚比對受限壓潰的影響196
11.4本章小結198
參考文獻198
第12章非粘結柔性管受限壓潰試驗199
12.1材料試驗203
12.2壓潰試驗205
12.2.1試驗過程206
12.2.2試驗結果207
12.3試驗管段的數值模擬210
12.3.1試驗管段有限元模型210
12.3.2試驗管段有限元結果212
12.4試驗結果與理論解的比較213
12.5本章小結214
參考文獻214
第13章不同水深下非粘結柔性管結構設計217
13.1結構設計簡介219
13.2解析方法220
13.2.1初始缺陷220
13.2.2骨架層屈曲222
13.3數值模型223
13.4結果討論225
13.5本章小結230
參考文獻231
第14章不同內徑下高壓非粘結柔性管結構設計233
14.1解析方法235
14.1.1聚合物層236
14.1.2螺旋纏繞鋼質層237
14.1.3管道整體剛度矩陣239
14.1.4爆破失效準則239
14.2有限元分析240
14.3結果討論243
14.4結構設計245
14.5本章小結248
參考文獻248
第15章非粘結柔性管拉伸性能251
15.1拉伸性能概述253
15.2理論模型254
15.2.1抗壓鎧裝層力學模型254
15.2.2抗拉鎧裝層力學性能256
15.2.3整體力學性能257
15.3數值模型258
15.3.1抗壓鎧裝層剛度258
15.3.2管道整體260
15.4結果討論262
15.5案例分析265
15.6本章小結266
參考文獻266
第16章新型柔性管截面設計269
16.1截面設計概述271
16.2非粘結柔性管算例分析272
16.2.1有限元分析275
16.2.2結果討論277
16.3鋼帶增強柔性管算例分析278
16.3.1有限元分析279
16.3.2結果討論281
16.4本章小結281
參考文獻281
第17章柔性管纏管分析283
17.1纏管概述285
17.2局部模型分析287
17.2.1拉伸模型287
17.2.2扭轉模型289
17.2.3彎曲模型289
17.3卷管整體模型290
17.3.1整體模型幾何尺寸291
17.3.2網格劃分和接觸定義291
17.3.3荷載步和邊界條件291
17.3.4模擬結果分析292
17.4參數分析294
17.4.1卷筒外徑影響294
17.4.2下沉距離影響295
17.4.3上卷長度影響296
17.4.4護套位置影響297
17.5本章小結299
參考文獻299
第3篇玻纖增強柔性管
第18章玻纖增強柔性管抗內壓強度303
18.1數值理論305
18.1.1基本假設305
18.1.2理論分析305
18.1.3邊界條件308
18.2有限元仿真模擬計算309
18.2.1材料參數309
18.2.2有限元模型310
18.2.3仿真結果310
18.3短期爆破內壓試驗313
18.3.1樣管參數313
18.3.2試驗設備314
18.3.3試驗步驟314
18.3.4試驗結果315
18.4結果討論317
18.5參數分析319
18.5.1纏繞角度319
18.5.2徑厚比319
18.5.3加強層數320
18.6本章小結320
參考文獻321
第19章玻纖增強柔性管抗拉強度323
19.1數值理論325
19.1.1基本假定325
19.1.2截面簡化326
19.1.3軸向變形326
19.1.4截面變形327
19.1.5體系平衡方程329
19.1.6數值求解方法329
19.2試驗研究330
19.3有限元研究332
19.3.1幾何模型332
19.3.2材料參數334
19.3.3耦合作用及邊界條件334
19.4結果討論335
19.4.1軸向荷載軸向位移曲線335
19.4.2截面變形336
19.4.3材料貢獻度337
19.4.4玻璃纖維應力337
19.5參數分析338
19.5.1纖維纏繞角度338
19.5.2纖維數量339
19.5.3徑厚比339
19.5.4內襯層和外保護層厚度340
19.6本章小結341
參考文獻341
第20章玻纖增強柔性管抗外壓強度343
20.1數值理論345
20.1.1基本假設345
20.1.2材料簡化模型345
20.1.3運動方程347
20.1.4虛功方程347
20.1.5數值計算348
20.2有限元分析350
20.2.1幾何參數和材料性能350
20.2.2有限元模型350
20.2.3計算結果351
20.3外壓試驗352
20.3.1材料試驗352
20.3.2試驗過程354
20.4結果討論357
20.5參數分析357
20.5.1初始缺陷358
20.5.2幾何構型360
20.5.3材料性能362
20.6本章小結363
參考文獻363
第21章玻纖增強柔性管抗扭轉能力365
21.1試驗研究367
21.2數值理論369
21.2.1基本假設369
21.2.2理論模型370
21.2.3坐標系370
21.2.4邊界條件372
21.2.5幾何非線性373
21.3有限元研究373
21.3.1幾何參數和材料性能373
21.3.2有限元模型374
21.4結果討論376
21.5參數分析377
21.5.1纏繞角度377
21.5.2徑厚比378
21.5.3加強層厚度379
21.6本章小結380
參考文獻380
第22章玻纖增強柔性管最小彎曲半徑381
22.1彎曲試驗383
22.1.1試驗裝置383
22.1.2材料屬性及幾何參數385
22.1.3試驗過程385
22.1.4試驗結果386
22.2非線性屈曲理論386
22.2.1基本假設386
22.2.2運動方程387
22.2.3材料簡化模型388
22.2.4虛功方程389
22.2.5理論解法390
22.3有限元研究391
22.3.1有限元模型391
22.3.2計算結果393
22.4結果討論394
22.5參數分析395
22.5.1橢圓度395
22.5.2徑厚比395
22.6本章小結396
參考文獻396
第23章玻纖增強柔性管截面設計399
23.1相關術語401
23.2管道基本結構402
23.2.1總體結構402
23.2.2材料性能402
23.3強度失效設計標準403
23.3.1爆破壓力403
23.3.2內壓彎矩下的爆破壓力404
23.3.3屈服拉力404
23.4失穩(wěn)設計的失效準則405
23.4.1最小彎曲半徑405
23.4.2外壓失穩(wěn)壓力406
23.5泄漏失效設計準則406
23.6本章小結406
參考文獻407
書單推薦
