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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