在不同服役条件下，钢带增强柔性管、非粘结柔性管及玻纤增强柔性管都有其各自的特点及优势。本书主要分为三个篇章：第1篇着重介绍了钢带增强柔性管，分别研究了钢带增强柔性管抗压溃能力、抗扭转能力、抗弯曲能力、爆破压力、拉伸性能，带有扣压式接头钢带管应力集中效应，钢带增强柔性管接头密封性能、可靠性安全系数。第2篇主要论述了非粘结柔性管，分别介绍了非粘结柔性管受限外压稳定理论、受限压溃数值、受限压溃试验，不同水深下非粘结柔性管结构设计，不同内径下高压非粘结柔性管结构设计，非粘结柔性管拉伸性能，新型柔性管截面设计及柔性管缠管分析。第3篇介绍了玻纤增强柔性管，分别论述了玻纤增强柔性管抗内压强度、抗拉强度、抗外压强度、抗扭转能力、最小弯曲半径及截面设计。
适读人群 ：管道工程师 本书具有显著的原创性、前沿性和科学性。随着管道工程技术的迅速发展，复合材料柔性管在油气行业得到了广泛应用。目前许多研究人员和工程师仍然在继续研究不同类型柔性管的力学性能和截面设计方法，但尚无能够系统全面地介绍不同工况下柔性管的力学性能及截面设计方法的图书。这些内容大多属于原创，大多是未出版过的内容。
作为学术专著，系统性强，内容全面。本书力图全面阐述钢带增强柔性管、非粘结柔性管及玻纤增强柔性管的各自特点及优势，书中内容尽量吸收国内外已有的ZU1新研究成果。
随着管道工程技术的迅速发展，复合材料柔性管在油气行业得到了广泛应用。目前许多研究人员和工程师仍然在继续研究不同类型柔性管的力学性能和截面设计方法，但尚无能够系统全面地介绍不同工况下柔性管的力学性能及截面设计方法的图书。
钢带增强柔性管作为一种特殊的非粘结柔性管，其结构更为简洁，生产工艺也更为简单，主要适用于浅海与陆地区域；传统的非粘结柔性管对海洋工程中各种环境适应能力强，可适用于深海环境；玻纤增强柔性管作为一种典型的粘结柔性管，在需要较短长度或管道安装空间有限时效用较好。在不同服役条件下，不同类型的柔性管都有其各自的特点及优势。因此本书分为三个篇章，着重介绍了不同类型柔性管的抗压溃能力、抗扭转能力、抗弯曲能力、抗内压能力、抗弯曲能力及不同类型柔性管的截面设计。作者结合严谨的理论研究和原创性的试验验证，希望可以为管道工程师在设计、分析柔性管时提供有益参考。
非常感谢白勇教授在浙江大学的研究生和博士后撰写了本书的部分初始技术内容，包括第2、6、9章（刘婷博士后），第3、17、18、21章（方攀），第4章（金钐博士），第5章（陈伟博士），第7、8、22章（高祎凡博士），第10、11、12章（原帅博士后），第13、14、15、16章（邵强强），第19章（许雨心博士），第20章（张霄杰博士），第23章（孙新宇）。
最后还要诚挚感谢柔性管制造公司OPR对本书出版的支持。
作者
2019年7月
白勇，江西抚州临川人，现任浙江大学建工学院结构工程研究所教授/博士生导师。2009年浙江省“百人计划”引进人才，2010年国家第五批“QIAN人计划”引进人才，2017年当选美国造船与轮机工程师协会(SNAME)会士，2018年当选挪威技术科学院院士。1989年在日本广岛大学取得海洋结构博士学位，先后在丹麦技术大学、挪威科技大学和加州伯克利大学从事船舶与海洋工程领域博士后教学科研工作，发表论文近200篇，英文学术专著8本，中文合著8本。主要研究领域：海洋工程结构、海洋管道与立管、工程风险分析和安全评估、复合材料管、海洋石油水下生产系统、海洋工程钻井机械、海洋风能与潮流能、水下无人机器人及动力定位系统等。主要专著：《Subsea Engineering Handbook》《Subsea Pipeline Design, Analysis, and Installation》《Subsea Pipeline Integrity and Risk Management》《Marine Structural Design, 2nd Edition》《Flexible Pipes》《海上风力发电》《水下生产系统手册》《海洋立管设计》《海洋结构工程》《复合材料柔性管》等。现担任国际海洋力学与极地工程OMAE管线会议学术成员，马来西亚国家石油公司海底管道与立管培训导师，英国FLEMING EUROPE公司柔性管线和立管的完整性管理课程讲师，新加坡UNI STRATEGIC公司海底管道与立管课程讲师； 《船舶与海洋工程》常务理事，《International Journal of Ships & offshore Structures》编委；曾担任“长江学者奖励计划”评审、“青年QIAN人计划”通讯评审、“青年拔尖人才支持计划”评审、海洋工程科学技术奖评审、浙江工业大学人才类项目评审、福建“百人计划”评审、宁波杭州湾新区高层次人才评审。
邵强强，浙江丽水人，现就读于浙江大学建工学院结构工程专业，主要研究非粘结柔性管在不同工况下的力学性能及截面设计。
第1章海洋柔性管概述1
1.1柔性管分类和特点3
1.2柔性管典型结构4
1.2.1钢带增强柔性管典型结构5
1.2.2非粘结管典型结构7
1.2.3玻纤增强柔性管典型结构8
1.3柔性管结构分析现状10
参考文献11
第1篇钢带增强柔性管
第2章钢带增强柔性管抗压溃能力15
2.1试验研究17
2.1.1管道材料性质17
2.1.2压溃试验19
2.1.3试验结果20
2.2有限元数值模拟21
2.2.1网格及接触面21
2.2.2荷载及边界条件22
2.2.3结果讨论23
2.3压溃压力简化估算公式25
2.4参数分析27
2.4.1初始缺陷影响27
2.4.2几何构型影响29
2.4.3摩擦系数影响30
2.5本章小结31
参考文献31
第3章钢带增强柔性管抗扭转能力33
3.1试验研究35
3.1.1试验设备和试件制作35
3.1.2试验步骤和试验结果36
3.2整管试验38
3.2.1试验设备和样管制作38
3.2.2试验步骤和试验结果39
3.3纯扭转有限元模拟40
3.3.1材料性能41
3.3.2几何构造41
3.3.3坐标系和荷载步41
3.3.4网格划分和接触定义42
3.3.5荷载和边界条件43
3.3.6结果讨论43
3.3.7HDPE层力学分析45
3.3.8钢带层力学分析47
3.4参数分析50
3.4.1轴向约束影响50
3.4.2钢带布置影响51
3.4.3摩擦系数影响51
3.4.4轴向荷载影响52
3.5本章小结53
参考文献54
第4章钢带增强柔性管抗弯曲能力55
4.1有限元分析57
4.1.1模型和材料特性58
4.1.2载荷和边界条件58
4.1.3分析结果58
4.2力学特性研究和讨论59
4.2.1聚乙烯内管道层59
4.2.2聚乙烯外管道层60
4.2.3钢带层61
4.3本章小结61
参考文献62
第5章钢带增强柔性管爆破压力63
5.1试验研究65
5.2理论模型与有限元模型68
5.3有限元分析与讨论69
5.3.1爆破压力对比69
5.3.2增强层中应力分析70
5.3.3内外层HDPE应力分析71
5.4参数分析72
5.4.1径厚比72
5.4.2摩擦系数73
5.4.3增强层厚度73
5.4.4增强层缠绕角度74
5.5本章小结74
参考文献75
第6章钢带增强柔性管拉伸性能77
6.1试验研究79
6.1.1试验步骤79
6.1.2试验结果分析80
6.2有限元数值模拟83
6.2.1单元及接触条件84
6.2.2荷载及边界条件84
6.2.3材料参数输入84
6.2.4试验及有限元结果对比85
6.3理论模型89
6.3.1基本假设89
6.3.2钢带层力学模型91
6.3.3内外层PE力学模型93
6.3.4轴对称力学模型96
6.4结果讨论96
6.4.1有限元模型建立96
6.4.2C1模型对比分析97
6.4.3C2模型对比分析99
6.4.4C3模型对比分析100
6.5本章小结101
参考文献102
第7章内压荷载下带有扣压式接头的管道应力集中效应103
7.1材料简化模型106
7.1.1材料特性分析106
7.1.2材料应力应变关系107
7.1.3边界条件108
7.1.4数值迭代模型108
7.2管道/接头理论模型109
7.2.1层间挤压力计算模型110
7.2.2管壁位移应变关系110
7.3实例分析115
7.3.12英寸四层增强层钢带管115
7.3.22英寸六层增强层钢带管116
7.4参数分析118
7.4.1径厚比118
7.4.2增强层缠绕角119
7.4.3增强层厚度120
7.5本章小结121
参考文献121
第8章螺栓法兰式接头密封性能125
8.1密封结构形式128
8.2密封圈应力分析130
8.3接触压力分析132
8.4密封圈结构优化设计133
8.5工作状态下密封性能分析136
8.5.1内压荷载下密封性能分析136
8.5.2外压荷载下密封性能分析139
8.6本章小结140
参考文献141
第9章钢带增强柔性管可靠性安全系数143
9.1安全系数计算过程145
9.2外压作用下安全系数的矫正147
9.2.1随机模型147
9.2.2结果讨论149
9.3不同分布类型的影响151
9.3.1NN分布152
9.3.2LNLN分布154
9.3.3LNGumbel分布155
9.3.4结果讨论156
9.4推荐使用设计安全系数157
9.5本章小结159
参考文献160
第2篇非粘结柔性管
第10章非粘结柔性管受限外压稳定理论163
10.1圆管经典稳定理论165
10.2含缺陷圆管弹塑性稳定理论168
10.3受刚性限制圆管稳定理论169
10.4受弹性限制圆管稳定理论174
10.5本章小结176
参考文献176
第11章非粘结柔性管受限压溃数值179
11.1受限弹性内层压溃数值研究181
11.1.1研究方法181
11.1.2数值分析建模要点183
11.2受限弹性等效长管压溃数值分析184
11.2.1受限等效长管模型184
11.2.2抗弯刚度比对受限压溃的影响185
11.2.3受限等效长管模型压溃模态分析187
11.2.4径厚比对受限压溃的影响189
11.2.5数值计算结果与解析解的比较190
11.3受限弹性螺旋结构压溃数值分析191
11.3.1受限螺旋结构压溃模型191
11.3.2抗弯刚度比对受限压溃的影响192
11.3.3受限螺旋结构压溃模态分析195
11.3.4径厚比对受限压溃的影响196
11.4本章小结198
参考文献198
第12章非粘结柔性管受限压溃试验199
12.1材料试验203
12.2压溃试验205
12.2.1试验过程206
12.2.2试验结果207
12.3试验管段的数值模拟210
12.3.1试验管段有限元模型210
12.3.2试验管段有限元结果212
12.4试验结果与理论解的比较213
12.5本章小结214
参考文献214
第13章不同水深下非粘结柔性管结构设计217
13.1结构设计简介219
13.2解析方法220
13.2.1初始缺陷220
13.2.2骨架层屈曲222
13.3数值模型223
13.4结果讨论225
13.5本章小结230
参考文献231
第14章不同内径下高压非粘结柔性管结构设计233
14.1解析方法235
14.1.1聚合物层236
14.1.2螺旋缠绕钢质层237
14.1.3管道整体刚度矩阵239
14.1.4爆破失效准则239
14.2有限元分析240
14.3结果讨论243
14.4结构设计245
14.5本章小结248
参考文献248
第15章非粘结柔性管拉伸性能251
15.1拉伸性能概述253
15.2理论模型254
15.2.1抗压铠装层力学模型254
15.2.2抗拉铠装层力学性能256
15.2.3整体力学性能257
15.3数值模型258
15.3.1抗压铠装层刚度258
15.3.2管道整体260
15.4结果讨论262
15.5案例分析265
15.6本章小结266
参考文献266
第16章新型柔性管截面设计269
16.1截面设计概述271
16.2非粘结柔性管算例分析272
16.2.1有限元分析275
16.2.2结果讨论277
16.3钢带增强柔性管算例分析278
16.3.1有限元分析279
16.3.2结果讨论281
16.4本章小结281
参考文献281
第17章柔性管缠管分析283
17.1缠管概述285
17.2局部模型分析287
17.2.1拉伸模型287
17.2.2扭转模型289
17.2.3弯曲模型289
17.3卷管整体模型290
17.3.1整体模型几何尺寸291
17.3.2网格划分和接触定义291
17.3.3荷载步和边界条件291
17.3.4模拟结果分析292
17.4参数分析294
17.4.1卷筒外径影响294
17.4.2下沉距离影响295
17.4.3上卷长度影响296
17.4.4护套位置影响297
17.5本章小结299
参考文献299
第3篇玻纤增强柔性管
第18章玻纤增强柔性管抗内压强度303
18.1数值理论305
18.1.1基本假设305
18.1.2理论分析305
18.1.3边界条件308
18.2有限元仿真模拟计算309
18.2.1材料参数309
18.2.2有限元模型310
18.2.3仿真结果310
18.3短期爆破内压试验313
18.3.1样管参数313
18.3.2试验设备314
18.3.3试验步骤314
18.3.4试验结果315
18.4结果讨论317
18.5参数分析319
18.5.1缠绕角度319
18.5.2径厚比319
18.5.3加强层数320
18.6本章小结320
参考文献321
第19章玻纤增强柔性管抗拉强度323
19.1数值理论325
19.1.1基本假定325
19.1.2截面简化326
19.1.3轴向变形326
19.1.4截面变形327
19.1.5体系平衡方程329
19.1.6数值求解方法329
19.2试验研究330
19.3有限元研究332
19.3.1几何模型332
19.3.2材料参数334
19.3.3耦合作用及边界条件334
19.4结果讨论335
19.4.1轴向荷载轴向位移曲线335
19.4.2截面变形336
19.4.3材料贡献度337
19.4.4玻璃纤维应力337
19.5参数分析338
19.5.1纤维缠绕角度338
19.5.2纤维数量339
19.5.3径厚比339
19.5.4内衬层和外保护层厚度340
19.6本章小结341
参考文献341
第20章玻纤增强柔性管抗外压强度343
20.1数值理论345
20.1.1基本假设345
20.1.2材料简化模型345
20.1.3运动方程347
20.1.4虚功方程347
20.1.5数值计算348
20.2有限元分析350
20.2.1几何参数和材料性能350
20.2.2有限元模型350
20.2.3计算结果351
20.3外压试验352
20.3.1材料试验352
20.3.2试验过程354
20.4结果讨论357
20.5参数分析357
20.5.1初始缺陷358
20.5.2几何构型360
20.5.3材料性能362
20.6本章小结363
参考文献363
第21章玻纤增强柔性管抗扭转能力365
21.1试验研究367
21.2数值理论369
21.2.1基本假设369
21.2.2理论模型370
21.2.3坐标系370
21.2.4边界条件372
21.2.5几何非线性373
21.3有限元研究373
21.3.1几何参数和材料性能373
21.3.2有限元模型374
21.4结果讨论376
21.5参数分析377
21.5.1缠绕角度377
21.5.2径厚比378
21.5.3加强层厚度379
21.6本章小结380
参考文献380
第22章玻纤增强柔性管最小弯曲半径381
22.1弯曲试验383
22.1.1试验装置383
22.1.2材料属性及几何参数385
22.1.3试验过程385
22.1.4试验结果386
22.2非线性屈曲理论386
22.2.1基本假设386
22.2.2运动方程387
22.2.3材料简化模型388
22.2.4虚功方程389
22.2.5理论解法390
22.3有限元研究391
22.3.1有限元模型391
22.3.2计算结果393
22.4结果讨论394
22.5参数分析395
22.5.1椭圆度395
22.5.2径厚比395
22.6本章小结396
参考文献396
第23章玻纤增强柔性管截面设计399
23.1相关术语401
23.2管道基本结构402
23.2.1总体结构402
23.2.2材料性能402
23.3强度失效设计标准403
23.3.1爆破压力403
23.3.2内压弯矩下的爆破压力404
23.3.3屈服拉力404
23.4失稳设计的失效准则405
23.4.1最小弯曲半径405
23.4.2外压失稳压力406
23.5泄漏失效设计准则406
23.6本章小结406
参考文献407
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