钢带增强柔性管的抗弯曲能力优化

盘卷的钢带增强柔性管（SRFP）在安装时必须能够承受装卸过程中的较大弯曲，在严苛的弯曲条件下保持其完整性。为了保证钢带增强柔性管应用的安全性和可靠性，本章对钢带增强柔性管的弯曲性能做了研究。

在过去的几十年里，研究人员对纯弯曲作用下复合管的力学响应进行了大量研究。Xia等人［1］基于板理论研究了纯弯曲作用下的多层纤维缠绕复合管，并发现即使只有弯曲作用，管道的横截面形状也不是圆形。Li和Zheng等人［2］提出了一个四层解析模型，用于研究交叉螺旋缠绕钢丝增强塑料管（粘结管）的弯曲力学特性，并采用几何非线性有限元模型进行了有限元分析。Bai等人［3］研究了纯弯曲作用下增强热塑性管的椭圆化不稳定性，并介绍了垂直于厚度方向的横向变形的影响。

就非粘结柔性管而言，针对其弯曲特性已经进行了几项研究。Kraincanic和Kebadze［4］给出了解析公式，用于确定非粘结柔性管螺旋层的弯矩-曲率关系，并提出了抗弯刚度是关于弯曲曲率、层间摩擦系数和层间接触压力的函数。Dong等人［5］考虑了单个螺旋单元的局部弯曲和扭转对螺旋层弯曲特性的影响，发现该局部特性会极大影响抗弯刚度。其研究团队［6］在考虑层间接触界面切向顺应性和剪切变形的情况下进一步开发了非粘结柔性管弯曲特性模型，并给出了相应的解析公式，用于说明抗拉铠装层中整体滑动的发展情况。Vargas等人［7］通过一系列试验评估轴对称载荷和弯曲载荷共同作用下柔性管的局部特性，得到了抗拉铠装层的应变变化情况。Sævik［8］提出两个替代公式，用于预测抗拉铠装层的弯曲应力，并进一步开展了试验研究，针对弯曲应力和疲劳使用应变测量值来验证两个公式的效果。Tang等人［9］对文献中用于预测非粘结柔性管螺旋钢丝弯曲应力的解析模型进行了选择和总结，并建立了三维有限元模型，针对螺旋钢丝的不同结构参数来讨论这些模型的有效性和局限性。(www.xing528.com)

针对纯弯曲作用下柔性管极限强度的研究却并不多，但这项研究对于安装和使用过程中管道的完整性和安全性非常重要。这项研究的难点在于多个管道层之间的响应和相互作用较为复杂，而且材料的非线性发展也是一个比较困难的问题。

本章通过数值仿真对纯弯曲作用下钢带增强柔性管的力学特性进行研究，并使用商业软件ABAQUS对椭圆化不稳定性进行仿真。该模型考虑了几何和材料非线性、层间滑动和摩擦作用等影响，其仿真结果对制造工程师具有借鉴意义。