从上述分析结果可以发现两个模型的结果非常吻合,理论模型的准确性得到了验证。该理论模型能够在给定内径与内压的情况下快速设计管道截面结构,并具有较高的准确性,由此该模型可能是制造工厂工程师所感兴趣的。Handbook[6]中提出了较简化的公式,抗拉铠装层对抗爆破压力的贡献表示为
式中 ttot——抗拉铠装层的总厚度;
R——平均半径;
a——缠绕角度;
σu——极限强度。
抗拉铠装层对抗端部压力的贡献表示为
式中 Rint——内半径。
抗压铠装层对抗爆破压力的贡献表示为
式中 tj——第j层的厚度;
Ffj——第j层的填充系数。(www.xing528.com)
总的环向抗力由每层相加得到:
管道的爆破压力取phoop和pa的较小值:
由这些公式可以看出,R、ttot和a在影响爆破压力方面起着重要作用。在设计过程中,可以调整这些参数以满足设计要求。在浅水中,钢带增强热塑性管(相关材料见表14.3)往往能够满足设计要求。Bai[10]也对压力载荷下SSRTP的力学响应进行了相关研究。为了经济安全地设计管道结构,本章采用两种理论模型来预测更多模型的爆破压力(表14.4、表14.5),以说明在不同服役条件下的设计过程。
表14.3 钢带几何材料参数
表14.4 不同内半径下的管道模型
表14.5 两种理论模型的预测爆破值单位:MPa
从表14.5可以看出,理论2预测的压力爆破值总小于理论1所预测的,这主要由于理论2忽略了圆柱层对抵抗内压的贡献值,仅仅考虑了螺旋层的贡献值。从表14.4和表14.5可以得出如下设计过程:
如果是较小的半径和压力,例如25 mm和30 MPa,四层SSRTP可以满足这个要求。当内部压力增加到约50 MPa时,需要调整缠绕角度或增加更多钢带层以满足要求。当给定半径大于50 mm或压力大于60 MPa时,SSRTP可能不满足此条件,需要采用抗压铠装层及抗拉铠装层来替代钢带层。如果半径或压力要求不断增加,则调整抗压铠装层和抗拉铠装层的缠绕角度和厚度。基于这些结论,当内部压力增加时,很容易设计出一种软件来设计管道结构,流程图如图14.13所示。
图14.13 非粘结柔性管的计算机设计流程图
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