1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
1.国内外背景
进入20世纪90年代以来，钢制管道的碳纤维修复缺陷技术发展逐渐兴起。钢制油气管道在服役过程中进行焊接修复风险较高，操作过程中有可能发生渗透、氢脆和冷脆，增加作业难度，而采用碳纤维修复技术，利用粘合剂在管道外加一个碳纤维加固层，恢复在役管道的服务强度，并且还能保证压力管道的连续运行。在役运行的管道由于内部存在压力，会同时发生径向膨胀和管壁的环向拉伸压力。油气输送过程中会对管道内壁造成腐蚀，当管道内壁出现腐蚀坑时，该区域所承受的径向和环向压力会高于正常的无损区域，当压力达到一定程度时，腐蚀坑区域缺陷可能发生破裂甚至造成油气泄漏。针对管道缺陷，人们开发了复合材料管道修复技术，采用纤维材料和树脂复合材料加附在管道外壁，以此来承载管道径向和环向压力引起的膨胀，分担管道压力载荷，达到管道内外压力平衡，从而实现修复管道的目的，保证管道的承压能力和正常运行。而碳纤维材料修复技术是在原有的复合材料修复技术基础上进行改良深化得来，该技术工艺中除了碳纤维材料，还使用到纳米填充材料以及粘结剂，首先使用纳米填充材料填平缺陷，然后利用粘结剂将碳纤维材料包覆于管道外壁。粘结剂固化后，碳纤维材料能够具有良好的弹性模量及抗拉强度，这将限制由缺陷处产生的径向膨胀变形，减少缺陷处的拉伸应力，以实现管道缺陷加固修复。[1]
目前，国内在役的各类油气管道5万余km，由于制造过程中的缺陷、环境的腐蚀、第三方破坏等因素，存在着泄漏、破裂甚至爆炸的危险。为了保证这些管道的完整性，使其安全运行，国内外进行了大量的研究。实践证明，对管道进行检测－评估－维修补强是保证管道完整性的一个有效的作业链条。补强是利用各种方法对管道缺陷进行修复，补足强度，从而使其满足管道安全运行压力，延长管道的使用寿命。管道维修补强的技术很多，一般分为焊接类、夹具类和纤维复合材料类，其中纤维复合材料修复补强技术作为一种高效快捷的新型修复技术，已经在油气管道维护和大修中得到应用。修补所用的复合材料主要是玻璃纤维材料和碳纤维材料，碳纤维材料具有优异的拉伸强度和弹性模量，代表着纤维复合材料补强技术的发展趋势。
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
2.1有限元数值模拟辅助设计方法
对缺陷管道进行复合材料维修补强应首先进行补强方案设计,目前国外常见的设计方法是依托管道剩余强度评价,使用等效强度方法进行补强。在等效强度设计方法中,补强层纤维复合材料的承拉强度与管道的全壁厚或已损失壁厚金属所能承受的拉伸强度相同。等效强度设计是一种保守的补强设计方法,管道补强处的承压能力将远高于管道的设计运行压力,会使管道修复成本增加。而采用碳纤维复合材料补强技术,对鄯善输气站站内含缺陷管道进行修复补强时,利用了有限元数值模拟辅助设计方法,即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体,实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析,得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析,以解决实际工程中出现的复杂问题,既可以实现对管道的有效补强,又可以节约修复成本。[5]
2.2运用的研究手段
