损伤钢管复合材料修复的有限元分析

摘要整理

碳纤维增强复合材料（CFRP）基体复合材料缠绕修复系统已被引入并接受作为钢管的替代修复方案。本文旨在通过有限元（FE）分析评估CFRP修复损伤钢管的力学性能。考虑了两种不同的修复策略：缠绕修复和贴片修复。采用验证的有限元模型分析了管道在最大允许工作压力（MAOP）下配备复合材料修复系统的力学响应。分析了CFRP修复系统的设计参数，包括贴片/缠绕尺寸和厚度、缺陷尺寸、界面粘结以及填充材料的材料性能。结果表明，增加CFRP厚度可降低管壁和CFRP中的应力。随着贴片在环向尺寸的增加，管壁中的最大von Mises应力总体下降，而CFRP中的最大环向应力增加。使用弹性模量更高的填充材料可增强CFRP修复系统的加固效果。CFRP贴片倾向于产生比CFRP缠绕更高的界面剪切应力，但增加CFRP厚度可降低剪切应力。与完全粘结条件相比，摩擦界面导致CFRP中的环向应力降低，但钢材中的von Mises应力增加。研究结果表明复合材料修复损伤钢管的可行性。

相关论文