海洋非粘结柔性管道骨架层刚度有限元分析 被引量：3

1

作者 崔巍 张煜杭 张强 《压力容器》 北大核心 2021年第5期44-51,共8页

非粘结柔性管道由于具有较好的柔性,比传统的单层钢管更加适应恶劣的海洋环境,已广泛应用于深海和超深海区域的油气开采。其中,管道的不锈钢骨架层结构复杂,以往的简化模型不能较好地反映其力学性能。为此,考虑骨架层互锁和摩擦等因素,... 非粘结柔性管道由于具有较好的柔性,比传统的单层钢管更加适应恶劣的海洋环境,已广泛应用于深海和超深海区域的油气开采。其中,管道的不锈钢骨架层结构复杂,以往的简化模型不能较好地反映其力学性能。为此,考虑骨架层互锁和摩擦等因素,建立了三维有限元模型,分析了骨架层在材料弹性范围内各种载荷作用下的变形。结果表明:管道骨架层的拉压刚度、弯曲刚度均随着载荷的增大保持基本不变,且压缩刚度明显大于拉伸刚度;顺时针扭转刚度略大于逆时针扭转刚度,均随扭矩的增加而增大;骨架层径向位移与外压近似为线性关系;此外还研究了骨架层关键结构尺寸对局部应力分布的影响,为骨架层结构优化提供了有限元分析手段。 展开更多

关键词 海底管道 非粘结柔性管道 骨架层 有限元 刚度

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轴向拉伸下非粘结柔性管抗拉铠装层力学响应 被引量：1

2

作者 汤历平 姚红 +2 位作者 罗衡 宋柯楠 石咏衡 《石油机械》 北大核心 2022年第4期72-79,共8页

与传统管道相比,海洋非粘结柔性管具有良好的柔韧性与适用性,逐渐成为深海油气运输的核心装备。柔性管在海洋中受到巨大的拉伸载荷,其响应规律的研究对柔性管的设计及应用具有重要意义。鉴于此,采用有限元法建立了柔性管的完全三维等效... 与传统管道相比,海洋非粘结柔性管具有良好的柔韧性与适用性,逐渐成为深海油气运输的核心装备。柔性管在海洋中受到巨大的拉伸载荷,其响应规律的研究对柔性管的设计及应用具有重要意义。鉴于此,采用有限元法建立了柔性管的完全三维等效模型,分析了轴向拉伸载荷下柔性管在抗拉铠装层出现损伤的条件下以及存在其他不同外载荷条件下的响应,并对不同情况下所得的拉伸刚度进行了比较。分析结果表明:抗拉铠装层的损伤会出现不同程度的应力集中现象,并且在一定程度上降低柔性管的拉伸刚度,其中抗拉铠装层的外层损伤与内层损伤对拉伸刚度的影响差别并不明显;其他外载荷也会对柔性管拉伸响应产生相应的影响,如适当大小的静水压力会增强柔性管的拉伸刚度,但过大的静水压力会使柔性管骨架层压溃和塌陷,扭矩会相对降低柔性管的拉伸刚度。研究结果可对柔性管的设计制造以及其应用中预测柔性管的刚度变化起到参考作用。 展开更多

关键词 非粘结柔性管 有限元法 拉伸载荷 抗拉铠装层 拉伸刚度

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含腐蚀缺陷的非粘结柔性管骨架层承载分析 被引量：1

3

作者 鲁中歧 崔俊国 +2 位作者 肖文生 王魁涛 张俊 《石油机械》 北大核心 2022年第12期134-141,共8页

柔性管最内层骨架层与运输介质直接接触,不可避免地会有腐蚀发生,进而影响管道的承压能力。为研究腐蚀缺陷对非粘结柔性管骨架层承压能力的影响,结合已有研究成果,借用ANSYS Workbench软件建立了柔性管骨架层的有限元模型,研究了腐蚀形... 柔性管最内层骨架层与运输介质直接接触,不可避免地会有腐蚀发生,进而影响管道的承压能力。为研究腐蚀缺陷对非粘结柔性管骨架层承压能力的影响,结合已有研究成果,借用ANSYS Workbench软件建立了柔性管骨架层的有限元模型,研究了腐蚀形貌尺寸及腐蚀形式对骨架层失效压力的影响规律,并借助分析结果构建了马尔可夫预测模型,对管道腐蚀状态进行了预测。研究结果表明:小范围的局部腐蚀缺陷对骨架层的承载能力影响并不大,而均匀腐蚀深度对其影响较为剧烈,且随腐蚀深度的增加,塑性极限载荷下降趋势明显加快,根据该影响规律,拟合了以腐蚀深度为自变量、骨架层塑性极限载荷为因变量的关系式,经检验,该模型误差较小,拟合数据吻合;现有的腐蚀状态划分方式对非粘结柔性管骨架层不适用,可借助马尔可夫预测模型进行预测。所得结论可为柔性管的腐蚀程度评价及安全使用提供借鉴。 展开更多

关键词 非粘结柔性管 腐蚀缺陷 均匀腐蚀 骨架层 承载能力 失效压力 马尔可夫

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组合载荷作用下深海非粘结柔性管力学性能对比分析 被引量：4

4

作者 姜豪 杨和振 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2014年第5期93-99,共7页

建立深海非粘结柔性管新型力学数值分析模型,分析其在复合载荷工况下的力学性能。深海非粘结柔性立管是深水资源开发的关键设备,安装成本低,适用于恶劣深海环境。然而,由于非粘结柔性管本身的结构型式复杂以及层与层之间的摩擦、接触等... 建立深海非粘结柔性管新型力学数值分析模型,分析其在复合载荷工况下的力学性能。深海非粘结柔性立管是深水资源开发的关键设备,安装成本低,适用于恶劣深海环境。然而,由于非粘结柔性管本身的结构型式复杂以及层与层之间的摩擦、接触等诸多强非线性特性,使其局部力学性能分析面临众多挑战。研究针对非粘结柔性立管特殊的结构型式,建立一个高效的数值分析模型,对其刚度进行数值求解并与实验结果进行对比,探讨了内压和拉伸、扭转、弯曲的组合载荷工况和拉扭组合载荷工况对非粘结柔性立管刚度的影响。研究表明,本文所建立的简化模型计算结果与实验结果吻合较好。此外,柔性立管所受到的内压可以在一定程度上增加非粘结柔性立管的刚度;拉扭组合载荷工况使非粘结柔性立管的拉伸刚度降低明显,而使其扭转刚度少量增加,总体上较单一载荷工况更加危险。 展开更多

关键词 非粘结柔性立管 组合载荷 深海 静力分析

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含缺陷非粘结柔性软管抗拉铠装层轴向压缩力学性能研究 被引量：1

5

作者 陈严飞 向涛 +5 位作者 何明畅 刘宇 刘瑞昊 钟榕锋 王鑫 江楠 《船舶力学》 北大核心 2025年第4期645-655,共11页

非粘结柔性软管作为海洋油气田与海上平台连接的重要枢纽,在海洋生产中起着至关重要的作用。抗拉铠装层作为柔性软管的主要承载部件之一,一旦出现失效将对管道系统的完整性产生威胁。因此,明确各类缺陷对抗拉铠装层力学性能的影响机理,... 非粘结柔性软管作为海洋油气田与海上平台连接的重要枢纽,在海洋生产中起着至关重要的作用。抗拉铠装层作为柔性软管的主要承载部件之一,一旦出现失效将对管道系统的完整性产生威胁。因此,明确各类缺陷对抗拉铠装层力学性能的影响机理,并研究抗拉铠装层力学行为规律具有重要的理论意义和工程实用价值。本文采用数值模拟方法,研究含缺陷非粘结柔性软管抗拉铠装层的轴向压缩性能,建立五层非粘结柔性软管轴向压缩有限元模型,分别研究非金属层缺陷尺寸、层间摩擦系数和钢带断裂三种因素对柔性软管轴向压缩刚度和临界屈曲载荷的影响规律。研究结果表明,环空含水率上升引发的摩擦系数减小会显著降低临界屈曲载荷,非金属层缺陷和钢带断裂会显著降低轴向压缩刚度和临界屈曲载荷,因此,在工程中应重点关注环空含水率和各层结构完整性。上述结果可为柔性软管设计和完整性管理提供一定参考。 展开更多

关键词 非粘结柔性软管 失效 抗拉铠装层 屈曲 断裂 缺陷

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非粘结柔性立管轴拉响应特性数值方法研究

6

作者 刘庆升 曲中源 +2 位作者 陈峰 倪俊芳 王刚 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第7期1412-1419,共8页

非粘结柔性立管因几何复杂、层间具非线性接触机制,其结构响应计算复杂耗时,且材料非线性与大变形致使非线性分析难收敛。本文提出了在轴向张力载荷下使用8层和5层三维有限元模型进行轴向响应特性研究的解析方法和数值方法。在5层模型中... 非粘结柔性立管因几何复杂、层间具非线性接触机制,其结构响应计算复杂耗时,且材料非线性与大变形致使非线性分析难收敛。本文提出了在轴向张力载荷下使用8层和5层三维有限元模型进行轴向响应特性研究的解析方法和数值方法。在5层模型中,将4个内层(骨架层、内护套层、抗压铠装层和防摩擦层)由一个等效的复合材料层代替,该等效层具有与内部4层相似的力学性能,并通过简化层间的相互作用来提高非线性分析效率,使用Abaqus显式求解器和隐式求解器对比验证了简化模型与全模型轴向响应特性,与试验结果偏差分别为14.08%和9.08%,显示出良好的一致性;考虑材料的弹塑性计算极限抗拉强度,给出了抗拉铠装层在轴向张力作用下的极限承载力为631.16 kN;简化模型不仅在计算效率上具有优势,而且能够更真实地反映非粘结柔性立管在实际工作条件下的行为,对于工程设计和安全评估具有重要的实际意义。 展开更多

关键词 非粘结柔性立管 抗拉铠装层 轴向张力 结构响应 简化模型 非线性分析 抗拉强度 有限元模型

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非粘结柔性软管失效模式与控制措施研究进展 被引量：9

7

作者 陈严飞 何明畅 +5 位作者 宗优 董绍华 阎宇峰 张晔 刘昊 曹静 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期122-131,共10页

非粘结柔性软管是海洋油气田与海上平台连接的重要纽带,随着世界海洋油气开发逐步迈入深水和超深水区,其应用也更加广泛。由于柔性软管结构形式和所受载荷复杂,加上海洋环境恶劣,使柔性软管的失效模式更加多样。为此,通过梳理非粘结柔... 非粘结柔性软管是海洋油气田与海上平台连接的重要纽带,随着世界海洋油气开发逐步迈入深水和超深水区,其应用也更加广泛。由于柔性软管结构形式和所受载荷复杂,加上海洋环境恶劣,使柔性软管的失效模式更加多样。为此,通过梳理非粘结柔性软管国内外相关研究成果,系统分析了其运行过程中存在的8种典型失效模式,并且有针对性地提出了失效控制措施。研究结果表明:①椭圆度、侵蚀、腐蚀会削弱骨架层抵抗压溃的能力,引起压溃失效;②内压过大、管内气体无法通过排气系统正常排出,会引起抗压铠装层和外包覆层的爆破失效;③过大的轴向拉力载荷同腐蚀、疲劳共同作用会引起抗拉铠装层钢带断裂,骨架层也可能因拉力载荷发生解锁失效;④抗压铠装层钢带缠绕角度过大、外包覆层破裂,轴向压缩载荷易造成抗拉铠装层产生压缩屈曲失效;⑤过度弯曲会导致外包覆层发生破裂、金属层发生屈曲;⑥过度扭转主要导致抗拉铠装层的屈曲或断裂;⑦柔性动态立管常受到风浪流循环载荷作用,易发生疲劳失效;⑧管内流体的渗透或外包覆层破裂导致的海水倒灌会引发柔性软管内部发生腐蚀。结论认为,所提出的降低柔性软管失效风险的预防和控制措施,可以为柔性软管设计和运行管理提供参考。 展开更多

关键词 非粘结柔性软管 海洋油气 失效模式 控制措施 检测 完整性管理 结构强度 安全

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深海非粘结柔性立管简化模型数值分析及实验研究 被引量：16

8

作者 姜豪 杨和振 刘昊 《中国舰船研究》 2013年第1期64-72,共9页

非粘结柔性立管具有弯曲刚度小、质量轻、耐腐蚀以及抗疲劳等特点,适用于深海恶劣的海况。然而由于非粘结柔性立管层与层之间的摩擦、接触等诸多强非线性特性,使得其数值模拟分析面临众多挑战,很难同时保证分析模型的精度和效率。提出... 非粘结柔性立管具有弯曲刚度小、质量轻、耐腐蚀以及抗疲劳等特点,适用于深海恶劣的海况。然而由于非粘结柔性立管层与层之间的摩擦、接触等诸多强非线性特性,使得其数值模拟分析面临众多挑战,很难同时保证分析模型的精度和效率。提出一个新的非粘结柔性立管简化模型,在考虑摩擦和接触等非线性特性,以及骨架层和抗压层的沿轴向的弹性模量的条件下,运用梁单元和壳单元简化了建模。实验研究的拉伸、扭转、弯曲刚度结果与新建简化模型计算结果的对比分析,验证了所建简化模型的可靠性。研究表明,新的简化模型不仅能节省计算时间,而且更加接近柔性立管的实际本构关系和实验结果。 展开更多

关键词 非粘结柔性立管 刚度 本构关系 实验研究

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压力载荷下非粘结柔性立管应变影响因素分析（英文） 被引量：2

9

作者 任少飞 唐文勇 薛鸿祥 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第12期1525-1534,共10页

基于Abaqus/Explicit准静态和质量放大方法研究了一类典型非粘结柔性立管在压力载荷作用下应变响应特性,对影响立管整体轴向延伸率和绕轴向扭转角度的因素进行了分析。数值模型计入金属层实际截面形状、铺设角度以及几何、接触、材料非... 基于Abaqus/Explicit准静态和质量放大方法研究了一类典型非粘结柔性立管在压力载荷作用下应变响应特性,对影响立管整体轴向延伸率和绕轴向扭转角度的因素进行了分析。数值模型计入金属层实际截面形状、铺设角度以及几何、接触、材料非线性。计算结果表明:数值解与理论值吻合较好;立管端部边界条件对轴向延伸率影响不大但对绕轴向扭转角度影响较大;抗压铠装层为径向压力主要受力构件,其铺设角度虽然对压溃性能不大,但在应变分析中不可忽略;拉伸铠装层铺设角度对应变影响同样较大。文中数值方法可弥补理论方法限定在小位移、小变形范围,无法计入层间摩擦、材料非线性及初始制造椭圆率等缺陷。 展开更多

关键词 非粘结柔性立管 压力 应变 非线性 准静态 铺设角度

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轴向承载力作用下非粘结柔性立管的侧向失效分析 被引量：3

10

作者 刘晓媛 薛鸿祥 唐文勇 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1017-1022,共6页

利用非线性有限元方法研究柔性立管在轴向承载力作用下的失效特性,采用实体单元模拟柔性立管抗拉铠装层、强结构带层和外部聚合物层,并考虑材料非线性、几何大变形、接触和摩擦等非线性效应的影响,通过数值模拟分析了柔性立管抗拉铠装... 利用非线性有限元方法研究柔性立管在轴向承载力作用下的失效特性,采用实体单元模拟柔性立管抗拉铠装层、强结构带层和外部聚合物层,并考虑材料非线性、几何大变形、接触和摩擦等非线性效应的影响,通过数值模拟分析了柔性立管抗拉铠装层的螺旋钢带数、摩擦系数和外部聚合物层厚度等因素对非粘结柔性立管的失效模式和轴向承载能力的影响.结果表明:与采用部分螺旋钢带的简化模型相比,在抗拉铠装层采用全螺旋钢带数目的模型的失效过程更为复杂,其轴向承载力出现了多个峰值;摩擦系数对立管失效模式的影响很大,摩擦系数较小时立管为侧向失效,摩擦系数较大时立管为径向失效;外部聚合物层厚度对立管侧向失效时的最大轴向承载力影响有限. 展开更多

关键词 非粘结柔性立管 轴向承载力 侧向失效 非线性有限元方法

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含复合材料层的非粘结柔性立管轴向刚度分析 被引量：2

11

作者 刘庆升 薛鸿祥 唐文勇 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期500-505,共6页

为了在复合材料逐渐引入到非粘结柔性立管的生产过程中,加强非粘结果性立管截面力学性能,本文以一类典型非粘结柔性立管为例,研究其在轴对称载荷作用下的截面力学性能。本文采用能量法推导了复合材料层在对称荷载作用下的力学性能,结合... 为了在复合材料逐渐引入到非粘结柔性立管的生产过程中,加强非粘结果性立管截面力学性能,本文以一类典型非粘结柔性立管为例,研究其在轴对称载荷作用下的截面力学性能。本文采用能量法推导了复合材料层在对称荷载作用下的力学性能,结合其他层的刚度矩阵建立了一种8层非粘结柔性立管的理论分析模型,并用ABAQUS软件建立了相应的完整的数值模型,研究其在轴向拉伸和压缩载荷作用下的轴向刚度。计算结果表明:理论计算结果和数值结果变化趋势一致,复合材料层对非粘结柔性立管的轴向刚度有一定的加强;在轴向载荷作用下,顶端限制旋转自由度的边界条件对轴向拉伸刚度影响不大。 展开更多

关键词 非粘结柔性立管 复合材料层 抗拉刚度 抗压刚度 理论方法 数值方法 详细数值模型 敏感性分析

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非粘结柔性立管螺旋键缠绕角度敏感性分析 被引量：2

12

作者 贾越钧 郭海燕 +1 位作者 崔鹏 白永庆 《中国海洋大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期111-118,共8页

非粘结柔性立管结构形式复杂,层与层之间涉及摩擦、接触等非线性特性,使其数值模拟方面很难同时保证效率与精度。针对柔性立管特殊的结构形式,本文建立不同角度螺旋键的非粘结柔性立管高效分析简化模型,通过Ansys workbench软件分析非... 非粘结柔性立管结构形式复杂,层与层之间涉及摩擦、接触等非线性特性,使其数值模拟方面很难同时保证效率与精度。针对柔性立管特殊的结构形式,本文建立不同角度螺旋键的非粘结柔性立管高效分析简化模型,通过Ansys workbench软件分析非粘结柔性立管在内压和拉伸、扭转、弯曲的组合荷载工况下螺旋键缠绕角度对其刚度的影响。结果表明:本文所建立的立管简化分析模型与立管原型的力学性能吻合较好,并且可以提高计算效率;螺旋键缠绕角度越大,立管的扭转刚度越大,拉伸刚度与弯曲刚度越小;内压的施加对拉伸刚度、扭转刚度和弯曲刚度是有利的,内压对于弯曲刚度有较明显的增加,对拉伸刚度和扭转刚度有较小程度的增加。 展开更多

关键词 非粘结柔性立管 螺旋键 缠绕角度 敏感性分析

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串列非粘结柔性立管碰撞影响规律分析 被引量：1

13

作者 陶腾 张火明 +1 位作者 陆萍蓝 管卫兵 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2022年第11期1714-1722,共9页

考虑基于骨架层和压缩铠装层各向异性中轴向材料属性,本文研究了串联非粘结柔性立管的碰撞规律影响特性。利用ABAQUS海工软件划分和加密典型八层非粘结柔性立管的最外层外护套层外表面参与碰撞的区域,讨论立管在不同的碰撞速度、管间摩... 考虑基于骨架层和压缩铠装层各向异性中轴向材料属性,本文研究了串联非粘结柔性立管的碰撞规律影响特性。利用ABAQUS海工软件划分和加密典型八层非粘结柔性立管的最外层外护套层外表面参与碰撞的区域,讨论立管在不同的碰撞速度、管间摩擦系数和管内壁压单因素变量下,碰撞区域沿碰撞方向的应变、应力和碰撞力的时程曲线特性,总结对非粘结柔性立管碰撞影响规律。同时,对比单层立管与非粘结柔性立管的碰撞过程发现,两者都发生了多种碰撞行为,其中第一次碰撞过程最为剧烈。三个单因素变量对非粘结柔性立管的碰撞规律特性有不同影响。就立管的碰撞速度而言,在第一次碰撞过程中,碰撞力随碰撞速度的增加而增加,应变和应力呈现先增大然后减小的趋势;随着管间摩擦系数的增大,碰撞过程中应变和应力呈先减少后增加的趋势;碰撞中应变和应力随管内壁压的增加而增加。 展开更多

关键词 非粘结柔性立管 ABAQUS 碰撞规律

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含复合材料铠装层的非粘结柔性立管轴向抗拉强度分析 被引量：1

14

作者 马金生 杜发喜 罗丹 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1438-1444,共7页

以复合材料替换非粘结柔性立管的抗拉铠装层的钢材条带是实现超深水油气开发对管道轻量化、高强度要求的有效途径。采用细观力学分析方法获得了复合材料条带的各向异性材料参数,基于厚壁圆筒理论与弯曲梁微分方程,结合循环迭代算法建立... 以复合材料替换非粘结柔性立管的抗拉铠装层的钢材条带是实现超深水油气开发对管道轻量化、高强度要求的有效途径。采用细观力学分析方法获得了复合材料条带的各向异性材料参数,基于厚壁圆筒理论与弯曲梁微分方程,结合循环迭代算法建立了含复合材料铠装层的非粘结柔性立管在轴对称载荷作用下结构响应计算模型。基于钢的双线性本构、复合材料等强度分析方法得到了不同材料非粘结柔性立管的失效分析模型。算例结果显示,复合材料铠装层能有效提升立管的抗拉强度,纤维的体积分数、弹性模量和强度,是影响复合材料非粘结柔性立管刚度、抗拉强度的重要参数。 展开更多

关键词 非粘结柔性立管 复合材料铠装层 抗拉强度

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二维云模型和贝叶斯网络的立管风险评估方法 被引量：10

15

作者 刘嘉豪 余杨 +3 位作者 张振兴 余建星 王巍巍 傅一钦 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期147-154,共8页

为探明非粘结柔性立管关键失效模式,提出一种量化评估与概率推理相结合的风险评估法。首先,基于二维云模型改进风险矩阵法;然后将事故树转化为贝叶斯网络(BN),量化评估底事件,并计算其发生概率;通过BN双向推理,求解顶事件失效概率,排查... 为探明非粘结柔性立管关键失效模式,提出一种量化评估与概率推理相结合的风险评估法。首先,基于二维云模型改进风险矩阵法;然后将事故树转化为贝叶斯网络(BN),量化评估底事件,并计算其发生概率;通过BN双向推理,求解顶事件失效概率,排查故障源头;最后针对关键失效模式提出预防措施,并通过实例验证该方法。结果表明:非粘结柔性立管失效概率为1.099×10^(-2);腐蚀、侵蚀和船舶运动3种失效模式风险等级较高,需要在维护时引起注意。 展开更多

关键词 非粘结柔性立管 二维云模型 贝叶斯网络(BN) 风险评估 风险量化分析 风险矩阵法

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