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第1章 管道失效判据1

1.1 管道的应力应变曲线1

1.2 基于应力的失效判据4

1.3 基于应变的失效判据5

参考文献7

第2章 含体积型缺陷管道的剩余强度评价9

2.1 失效压力9

2.2 评价标准及方法12

2.2.1 ASME B31G标准13

2.2.2 DNV RP-F101标准14

2.2.3 PCORRC方法14

2.3 有限元分析15

2.3.1 有限元建模15

2.3.2 计算实例18

2.3.3 拟合公式21

2.4 评价方法的验证23

2.5 组合型缺陷的评价26

参考文献28

第3章 含裂纹管道的断裂评定30

3.1 应力强度因子30

3.2 裂纹尖端张开位移32

3.3 J积分及其全塑性解35

3.4 失效评定图方法38

3.5 J积分计算的有限元方法41

3.5.1 裂尖奇异单元41

3.5.2 线弹簧单元43

3.6 失效评定曲线的验证45

3.7 失效评定曲线的影响因素47

参考文献49

第4章 基于可靠性的管道安全评价方法50

4.1 极限状态与失效概率50

4.2 含体积型缺陷管道的失效概率51

4.2.1 极限状态方程51

4.2.2 失效概率的求解方法52

4.2.3 腐蚀管道失效概率的影响因素分析54

4.3 分项安全系数法55

4.4 腐蚀管道的剩余寿命预测57

4.5 含面积型缺陷管道的失效概率60

4.5.1 基于断裂判据的极限状态方程60

4.5.2 Monte-Carlo模拟法60

4.5.3 断裂失效概率的影响因素分析62

4.6 基于失效评定图的失效概率分析66

参考文献69

第5章 管道的疲劳寿命预测71

5.1 管道运行压力的循环计数71

5.2 管道疲劳裂纹扩展速率74

5.3 含裂纹管道的剩余寿命预测79

5.4 管道低周疲劳寿命预测80

5.4.1 Manson-Coffin公式81

5.4.2 管道钢低周疲劳性能测试82

5.4.3 管道的疲劳累积损伤86

5.5 管材的S-N曲线88

参考文献90

第6章 凹陷管道的评价91

6.1 凹陷形成的有限元模拟91

6.2 外载与凹陷深度的关系94

6.3 凹陷回弹97

6.4 基于应变的凹陷评估99

6.4.1 凹陷应变计算99

6.4.2 凹陷轮廓曲线插值101

6.4.3 凹陷的计算长度103

6.5 含划伤凹陷的评估106

6.6 凹陷的疲劳108

参考文献109

第7章 管道焊接修复结构的安全评价111

7.1 管道修复结构的全尺寸实验111

7.1.1 试验方法111

7.1.2 爆破情况112

7.1.3 应变测量113

7.1.4 极限载荷117

7.1.5 分析与讨论118

7.2 管道修复结构的有限元分析119

7.2.1 接管修复结构的计算与分析119

7.2.2 补板修复结构的计算与分析126

7.2.3 多接管修复结构的计算与分析130

7.3 管道焊接结构的残余应力测试132

参考文献136

第8章 输气管道的裂纹动态扩展及止裂137

8.1 管道止裂判据137

8.1.1 能量判据137

8.1.2 速度判据138

8.2 管道止裂韧性测试138

8.2.1 夏比冲击功138

8.2.2 落锤吸收能量139

8.2.3 裂纹尖端张开角140

8.3 管道止裂设计142

8.3.1 动态脆性断裂的止裂设计142

8.3.2 动态延性断裂的止裂设计143

8.4 富气输送管道的减压行为147

8.5 CTOA作为止裂判据的研究148

8.6 管道裂纹动态扩展的有限元模拟152

8.6.1 气体压力模式153

8.6.2 节点力释放技术153

8.6.3 裂纹驱动力计算154

参考文献156

第9章 采空沉陷区管道的应力分析158

9.1 采空沉陷及其对管道的作用158

9.1.1 地表连续性移动159

9.1.2 地表非连续破坏159

9.2 采空沉陷预测160

9.3 管－土相互作用模型163

9.4 有限元分析方法166

9.5 解析分析方法168

9.5.1 柔性判据169

9.5.2 计算方法170

9.5.3 算例分析176

9.6 简化评估方法178

参考文献179

第10章 占压管道的应力分析180

10.1 占压载荷180

10.1.1 管顶土压力180

10.1.2 附加载荷181

10.2 占压管道的截面变形186

10.2.1 Spangler-Iowa方法186

10.2.2 有内压埋地管道的截面变形187

10.3 占压管道的有限元模型188

10.3.1 土体本构模型188

10.3.2 非线性接触190

10.3.3 有限元模型191

参考文献197

第11章 冻土区管道的应力分析198

11.1 管道周围冻土温度场分析198

11.1.1 控制微分方程198

11.1.2 相变问题的处理199

11.1.3 计算模型200

11.2 差异性冻胀下管道的应力分析204

11.2.1 冻胀量的计算205

11.2.2 蠕变量的计算206

11.2.3 管－土系统有限元模型207

11.3 地基融沉时管道的应力分析210

参考文献212

第12章 地震波动下的管道随机振动分析214

12.1 管道振动的基本方程及其特征解214

12.1.1 轴向振动214

12.1.2 横向振动217

12.2 地震地面随机运动219

12.2.1 地震动平稳自功率谱220

12.2.2 非平稳地震随机过程222

12.2.3 地震动的空间相关性222

12.3 埋地管道的平稳随机振动223

12.3.1 轴向振动223

12.3.2 横向振动229

12.4 埋地管道的非平稳随机振动235

12.5 参数随机变化的振动分析241

参考文献247

第13章 海底管道的若干力学问题248

13.1 铺管船法铺管时的应力分析248

13.2 挖沟铺设时管道的应力分析253

13.3 海底管道的上浮屈曲257

13.4 海底管道起吊时最佳吊点位置的选择260

参考文献264