(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211011601.3 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 咸贵军　孔德奥　李承高　岳清瑞　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市阳光惠远知识产权 代理有限公司 2321 1 专利代理师 姜明君 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方 法及其计算系统 (57)摘要 本发明公开了一种复合材料加固缺陷管道 的应力计算系统及其计算方法。 测得相关参数； 计算复合材料加 固缺陷管道弹性阶段管道基体 缺陷区域环向应力、 填充材料环向应力、 复合材 料环向应力、 管道基体缺陷区域轴向应力和复合 材料轴向应力； 计算缺陷管道基体屈服时的压 力； 计算屈服后缺陷管道基体缺陷区域环向应 力、 填充材料环向应力、 复合材料环向应力、 管道 基体缺陷区域轴向应力和复合材料轴向应力； 计 算爆破压力。 本方法考虑了管道基体屈服前后弹 塑性本构关系， 可精确计算管道基体、 填充材料 以及复合材料从空载到管道爆破整个过程中在 环向和轴向的应力。 提高极限内压承 载力计算的 精度， 并且方法简单， 可操作性强。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115470578 A 2022.12.13 CN 115470578 A 1.一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法， 其特征在于， 所述应力计算方法包括 以下步骤： 步骤1： 测得缺陷管道相关参数与填充材 料相关参数； 步骤2： 基于步骤1的参数， 计算复合材料加固缺陷管道弹性阶段管道基体缺陷区域环 向应力、 填充 材料环向应力、 复合材料环向应力、 管道基体缺陷区域轴向应力和复合材料轴 向应力； 步骤3： 基于步骤2的加固缺陷管道弹性阶段管道基体缺陷区域环向应力和轴向应力， 计算缺陷管道基 体屈服时的压力； 步骤4： 基于步骤3的缺陷管道基体屈服时的压力， 计算屈服后缺陷管道基体缺陷区域 环向应力、 填充材料环向应力、 复合材料环向应力、 管道基体缺陷区域轴向应力和复合材料 轴向应力； 步骤5： 基于步骤4的屈服后复合材 料的环向应力， 计算爆破压力。 2.根据权利要求1所述一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法， 其特征在于， 所述 步骤1缺陷管道相关参数包括缺陷管道弹性模量Es、 屈服强度σy、 初始外径rc、 初始内径ri、 缺陷区域缺陷管道的外径rp以及残余壁厚ts； 测得填充材料的弹性模量Ep； 测得复合材料相 关参数包括环向弹性模量Ec、 轴向弹性模量Eca、 抗拉强度σc及复合材料外表面到缺陷管道 圆心的距离re。 3.根据权利要求1所述一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法， 其特征在于， 所述 步骤2中计算复合材 料加固缺陷管道的填充材 料厚度等于缺陷深度。 4.根据权利要求1所述一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法， 其特征在于， 所述 步骤2中计算复合材料加固缺陷管道弹性阶段管道基体缺陷区域环向应力σθse通过以下公 式计算， 其中rp为填充材料外表面到管道圆心的距离： 所述复合材 料加固缺陷管道弹性阶段填充材 料环向应力σθpe通过以下公式计算： 所述复合材 料加固缺陷管道弹性阶段复合材 料环向应力σθ ce通过以下公式计算： 所述复合材料加固缺陷管道弹性阶段管道基体缺陷区域轴向应力σase通过以下公式计 算： 所述复合材 料加固缺陷管道弹性阶段复合材 料轴向应力σace通过以下公式计算： 5.根据权利要求1所述一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法， 其特征在于， 所述 步骤3缺陷管道基 体屈服时的压力Py通过将公式(7) ‑(8)代入(6)以下公式计算：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115470578 A 26.根据权利要求1所述一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法， 其特征在于， 所述 步骤4中计 算复合材料加固缺陷管屈服后缺陷管道基体 缺陷区域环向应力σθ s通过以下公式 计算： 所述复合材 料加固缺陷管道屈服后填充材 料环向应力σθp通过以下公式计算： 所述复合材 料加固缺陷管道屈服后复合材 料环向应力σθ c通过以下公式计算： 所述复合材料加固缺陷管道弹性阶段管道基体缺陷区域轴向应力σas通过以下公式计 算： 所述复合材 料加固缺陷管屈服后复合材 料轴向应力σac通过以下公式计算： 7.根据权利要求1所述一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法， 其特征在于， 所述 步骤5计算爆破压力Pb通过以下公式计算： 8.根据权利要求1所述一种复合材料加固缺陷管道的应力计算方法， 其特征在于， 依据 缺陷管道、 填充材料以及 复合材料径向位移相等以及径向位移与环向应变的关系， 缺陷管 道、 填充材 料以及复合材 料的环向应 变满足等式： εθ sri＝ εθp(rp)＝ εθ crc    (15)； 式(15)中的εθ s、 εθp以及 εθ c分别为缺陷管道、 填充材 料和复合材 料 εθ c的环向应 变； 当缺陷管道处于弹性阶段时， 缺陷管道、 填充材料以及复合材料的环向应力为： σθs＝Es εθ crc/ri； σθp＝Epεθ crc/rp； σθ c＝Ecεθ c    (16)； 依据复合材料加固缺陷管道在内压作用下的平衡条件， 缺陷管道、 填充材料以及复合 材料环向应力的关系为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115470578 A 3