管道作为一种安全、经济、便捷、对环境影响小的运输方式,在石油、天然气和煤浆等能源的运输中得以广泛应用,其安全性至关重要。传统的泄漏检测方法虽然一定程度上缓解了事故的发生,但其作为事后处理方法,没有从根本上改变管道的安全性;而风险评估技术虽然在国外管道安全上发挥了巨大的作用,但其是靠真实可靠的管道运行参数支持下进行的,在我国由于历史等原因,多数管道存在运行数据资料不全现象,因此目前在我国推广该项技术还存在诸多困难。而双层管正是管道在结构上的一次重大改进,尤其适用于长输油气管道。其在安全性、可靠性、抗爆抑爆、实时监控、定期检测等方面有着单层管无法比拟的优势。本文在教育部高等学校博士学科点专项科研基金“承压设备强度数值模拟关键技术研究”(资助号:20010335032)、“教育部新世纪优秀人才支持计划”和横向项目“双层大型压力管道及其在线安全状态监控技术研究”的资助下,对双层管的制造、使用、设计和安全监控等相关技术进行了一系列的研究。主要研究成果有: 1.根据弹塑性理论,分析了双层管液压胀合过程中内外管的应力应变关系,得到了胀合液压力与残余接触压力的关系表达式、胀合液压力与层间接触压力的关系表达式以及胀合液压力的工作范围,提出了双层管能够实现液压胀合的判据准则,即内外管的材料性能参数及几何尺寸必须满足的条件。计算公式物理意义明确,对内外管壁厚没有严格的限制,既适用于内外管为薄壁的情况,也适用于内外管为厚壁的情况。 2.提出了适用于双层管液压胀合的当量屈服强度概念,给出了液压胀合时内层管与外层管接触时的应变对应某一应力值确定材料当量屈服强度的方法。该方法不需要测定材料的真实应力应变曲线,仅需知道材料的屈服强度、抗拉强度和延伸率等几个必要参数,简单易行,能很好地将材料的应变强化现象考虑在内。试验研究及有限元数值模拟均表明,将内层管材料的真实屈服强度以当量屈服强度代替进行的理论分析,可使计算结果精度大大提高。 3.在国内外液压胀合装置研究成果的基础上,开发出一套适用于大尺寸、高压力场合的双层管液压胀合生产装置。该装置采用多根螺栓结构,不但解决了