任 旭，张冬娜，樊 恒，刘沛杭

（1.西安石油大学机械工程学院，陕西西安 710065；2.中国石油集团石油管工程技术研究院，陕西西安 710077；3.西安石油大学电子工程学院，陕西西安 710065）

近年来，随着世界经济快速发展，人类社会对石油天然气资源的需求不断增长，管输行业对管道性能提出了更高要求[1-6]。为了提高输送效率和增大管道输送量，人们将研究目标逐渐转移到提高管线承载能力上[7]。但传统管线钢管提高承载能力的方法有限：增加壁厚会造成管线质量的增长，提高管材钢级又会受制于材料工业的发展[8，9]。因此，人们对于新型管道的开发有着现实的需求。而复合材料因其质量轻、强度高等特点，成为一种理想的材料选择[10]。

复合材料管线钢管是在现有管线钢管外以特定角度缠绕连续纤维型复合材料，使得管体的承压能力能够得到有效提高[11]。但在缠绕成型过程中，结构层中间可能会出现气泡等缺陷，缺陷处的应力集中会使该位置的复合材料提前发生破坏，进而影响管材的整体性能。因此，探究纤维层缺陷与管线承载能力之间的关系显得尤为重要。

结合有限元软件对圆球缺陷CRLP[12-14]进行建模，从纤维层厚度及轴向两个角度，探讨增强层气泡缺陷对CRLP 承载能力的影响，能够为CRLP 设计提供更好的指导作用。

1 复材钢管极限载荷分析

1.1 CSA Z662 设计方法

对处于常温下的直管段，CSA Z662 规范[15]中关于CRLP 的最大容许操作压力的计算公式为：

式中：P-管道最大设计压力，MPa；D-管径，mm；t-金属管壁厚，mm；……