《Marine Structures》：Bending response and buckling of dented mechanically lined pipes manufactured by elastic vs. plastic hydraulic expansion
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•通过塑性扩张工艺制造了小规模机械衬里管，并利用定制设计的试验装置对带有凹陷的试样进行了纯弯曲实验。•建立了一个纳入更新Voce-Chaboche（UVC）本构模型的有限元框架，用于模拟承载管的塑性变形行为。•进行了参数化研究，以对比弹性与塑性制造工艺对机械衬里管结构承载力的
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通过塑性扩张工艺制造了小规模机械衬里管，并利用定制设计的试验装置对带有凹陷的试样进行了纯弯曲实验。
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建立了一个纳入更新Voce-Chaboche（UVC）本构模型的有限元框架，用于模拟承载管的塑性变形行为。
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进行了参数化研究，以对比弹性与塑性制造工艺对机械衬里管结构承载力的影响。
引言
海上结构的弹塑性屈曲作为海上工业中一个基本的设计难题，长期以来已被广泛研究[1,2]。机械衬里管（MLP）为输送腐蚀性烃类提供了一种经济可靠的解决方案，它结合了碳钢承载管的结构强度和薄壁内衬耐腐蚀合金（CRA）的化学耐受性[3,4]。其制造过程通常涉及在承载管内对略小于内径的CRA衬管进行液压扩张。压力释放后，残余干涉接触压力确保衬管始终贴合于承载管。两种主要制造方法在液压成型过程中承载管的变形区域上有所不同。传统的弹性扩张工艺使承载管基本保持弹性状态[5,6,7]。相比之下，塑性扩张方法故意使承载管屈服，从而产生更高的塑性应变[8]。虽然弹性扩张符合传统的保守协议，但塑性路线已引起越来越多的关注。然而，对其对带凹坑MLP弯曲性能影响的系统性对比仍然有限。
在盘敷安装过程中，管道被塑性缠绕和释放于卷筒上，从而产生严重弯曲[9]；此外，高温高压工况下的管道也可能因侧向屈曲而在服役中产生弯曲。在这种塑性弯曲下，MLP容易发生衬管分离、局部起皱和大振幅向内屈曲。早期实验研究记录了这些失稳现象：Hilberink等人[10,11]观察到衬管起皱的演化过程，而Toguyeni和Banse[9]表明适度内压可延迟衬管屈曲。Vasilikis和Karamanos[12]的数值模型以及Yuan和Kyriakides[13,14]的详细研究进一步阐明了屈曲机理和初始几何缺陷的不利影响。Naous和Kyriakides[15]在循环弯曲条件下研究了衬管起皱，发现了一个临界分离阈值，超过该阈值后界面脱开会加速并逐渐发展为菱形屈曲模式。
局部凹坑，通常由第三方撞击引起，会显著加剧这些脆弱性。对于传统单层管道，大量研究成果已归纳为适用性指南[16,17]。对于MLP，双组分相互作用增加了复杂性。近期研究考察了动态冲击响应[18,19]以及通过弹性扩张制造的带凹坑MLP的弯曲行为[20,21]。然而，承载管中制造引起的塑性应变与既有凹坑在后续弯曲作用下的联合影响尚未通过实验加以研究。此外，尽管承载钢的屈服平台行为已有充分记录[22,23]，但将其纳入涵盖制造、压痕和弯曲的统一数值框架仍不完整。除几何凹坑外，表面缺陷[24]和界面分离[25]也被证明会影响MLP的结构性能。
本研究通过对比实验和数值分析填补了上述空白，研究了通过弹性扩张与塑性扩张工艺制造的带凹坑MLP。研究考察了完整试样及具有5%D和7.5%D控制凹坑的试样的弯矩-曲率响应。采用纳入更新Voce-Chaboche（UVC）模型的有限元（FE）框架来捕捉整个加载历史中的屈服平台特性。参数化分析进一步量化了临界曲率对管道直径和制造等效塑性应变（PEEQ）的敏感性。
章节摘要
实验
本研究展示了采用塑性液压扩张工艺制造的三个MLP试样的实验结果：PLP-1（完整）、PLP-2（带有5%D控制凹坑）和PLP-3（带有7.5%D控制凹坑）。为实现弹性与塑性制造策略之间的直接对比，同时也纳入了先前由Yuan等人[20]测试并报道的相应弹性扩张试样（ELP-1完整和ELP-2带凹坑）。其实验弯矩-曲率
分析
本节介绍了衬里管响应的数值处理方法。UVC塑性模型经过校准以捕捉承载钢的屈服平台行为（第3.1节），并在单个有限元框架中依次将校准后的材料状态传递至液压扩张、压痕和弯曲阶段（第3.2节）。第3.3节报告了测量压痕和弯矩-曲率响应的再现情况。
参数化分析
利用已验证的数值框架，进行了一项系统性参数研究，以评估不同制造工艺下带凹坑衬里管的机械响应对关键几何和制造变量的敏感性。基准工况下的衬里管具有5%D的跨中凹坑深度，由12英寸X65承载管（D/t?=?18）组成，扩张诱导的环向应变为2.4%（PEEQ?=?2.16%），以及3毫米厚的SS316L耐腐蚀衬管。循环硬化
结论
本研究通过对几何匹配的试样（完整、5%D和7.5%D凹坑）进行配对实验，并结合纳入UVC模型的有限元框架，研究了通过弹性与塑性扩张工艺制造的带凹坑MLP的弯曲行为，该框架从制造到压痕再到弯曲全过程解析了碳钢承载管的屈服平台行为。该框架已与测量的压痕和弯矩-曲率响应进行了验证，并随后应用于
CRediT作者贡献声明
Wenzhao Shao：撰写-初稿、软件、调查研究、形式化分析、数据整理。Lin Yuan：撰写-审阅与编辑、监督、方法论、资金获取、概念构思。Jiasheng Zhou：数据整理。Theodoro Antoun Netto：方法论、概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本论文所报告的工作。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（资助号52271288、U24B20114）的支持。对此表示感谢。
Wenzhao Shao|Lin Yuan|Jiasheng Zhou|Theodoro Antoun Netto
