本文關(guān)鍵詞：殘余應(yīng)力對(duì)FPSO典型焊接節(jié)點(diǎn)疲勞強(qiáng)度影響研究

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【摘要】：FPSO在服役期間長(zhǎng)期承受由波浪等引起的不斷變化的交變載荷，在其焊接節(jié)點(diǎn)部位易產(chǎn)生疲勞破壞。FPSO多采用高強(qiáng)度鋼建造，對(duì)焊接殘余應(yīng)力較為敏感。殘余應(yīng)力在外載荷作用下往往會(huì)發(fā)生一定程度的釋放，從而使熱點(diǎn)應(yīng)力發(fā)生變化，最終對(duì)焊接節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命產(chǎn)生影響。因此，分析焊接殘余應(yīng)力及其釋放對(duì)FPSO典型焊接節(jié)點(diǎn)疲勞強(qiáng)度的影響尤為重要。 本文首先基于JTP規(guī)范對(duì)某12萬(wàn)噸FPSO建立了三艙段有限元整體模型，再進(jìn)行典型焊接節(jié)點(diǎn)部位熱點(diǎn)應(yīng)力分析和疲勞壽命計(jì)算；然后對(duì)典型焊接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了初始?xì)堄鄳?yīng)力和殘余應(yīng)力釋放有限元模擬與試驗(yàn)研究；最后分析了殘余應(yīng)力對(duì)典型焊接節(jié)點(diǎn)疲勞壽命的影響。本文主要研究工作與重要結(jié)論如下： （1）首先基于JTP規(guī)范對(duì)FPSO三艙段模型進(jìn)行整體強(qiáng)度計(jì)算，根據(jù)結(jié)果確定FPSO典型節(jié)點(diǎn)位置：舭部與船底連接處（典型節(jié)點(diǎn)一）和肋板與縱艙壁連接的肘板趾端（典型節(jié)點(diǎn)二）；然后分別對(duì)其建立精細(xì)網(wǎng)格有限元模型，并進(jìn)行局部應(yīng)力分析；最后計(jì)算典型節(jié)點(diǎn)疲勞壽命，結(jié)果均滿(mǎn)足船東50年的壽命要求。 （2）采用ANSYS的APDL語(yǔ)言對(duì)典型焊接節(jié)點(diǎn)二的初始焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行有限元模擬，結(jié)果顯示在焊趾區(qū)域殘余應(yīng)力較大，且為拉應(yīng)力；同時(shí)研究了典型焊接節(jié)點(diǎn)的幾何和工藝參數(shù)對(duì)初始?xì)堄鄳?yīng)力的影響，，分析表明：焊接殘余應(yīng)力的最大值隨著焊接面板厚度與焊接最高溫度的增加而增加，隨著腹板厚度的增加而減小。 （3）在得到FPSO典型焊接節(jié)點(diǎn)初始?xì)堄鄳?yīng)力的基礎(chǔ)上，對(duì)殘余應(yīng)力在外載荷作用下的釋放進(jìn)行有限元模擬。同時(shí)探討了外載荷對(duì)殘余應(yīng)力釋放的影響，研究表明：隨著外載荷大小的增加，殘余應(yīng)力釋放值逐漸變大；殘余應(yīng)力的釋放不受外載荷周期數(shù)的影響，僅與外載荷的最大幅值有關(guān)。 （4）采用X射線無(wú)損檢測(cè)法進(jìn)行初始?xì)堄鄳?yīng)力以及加載釋放后的殘余應(yīng)力試驗(yàn)測(cè)量，結(jié)果顯示模擬值與測(cè)量值基本吻合，從而驗(yàn)證了初始焊接殘余應(yīng)力與殘余應(yīng)力釋放的有限元模擬方法的可靠性。 （5）基于S-N曲線法研究了殘余應(yīng)力及釋放對(duì)FPSO典型焊接節(jié)點(diǎn)疲勞強(qiáng)度的影響。分析表明：殘余應(yīng)力對(duì)典型焊接節(jié)點(diǎn)疲勞壽命有降低作用；典型焊接節(jié)點(diǎn)預(yù)載荷越大，殘余應(yīng)力的釋放量越大，從而使疲勞壽命增加。
【關(guān)鍵詞】：FPSO 典型焊接節(jié)點(diǎn) 殘余應(yīng)力 試驗(yàn) 疲勞強(qiáng)度
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：U661.4;U674.38
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第1章 緒論15-21
• 1.1 研究背景和意義15-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)16-19
• 1.2.1 FPSO 船體疲勞強(qiáng)度研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.2 船舶結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.3 船舶結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力的釋放研究現(xiàn)狀18
• 1.2.4 焊接殘余應(yīng)力對(duì)船舶結(jié)構(gòu)疲勞壽命影響研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 焊接過(guò)程有限元分析理論以及疲勞強(qiáng)度理論21-34
• 2.1 概述21-25
• 2.1.1 焊接有限元數(shù)值模擬的特點(diǎn)21
• 2.1.2 焊接有限元分析模型的簡(jiǎn)化21-22
• 2.1.3 焊接熱源模型22-25
• 2.2 焊接溫度場(chǎng)有限元數(shù)值模擬25-28
• 2.2.1 焊接傳熱基本定律25-26
• 2.2.2 焊接溫度場(chǎng)的基本方程26-27
• 2.2.3 焊接溫度場(chǎng)的有限元求解27-28
• 2.3 焊接應(yīng)力場(chǎng)有限元數(shù)值模擬28-30
• 2.3.1 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系29
• 2.3.2 有限元基本方程29-30
• 2.3.3 焊接應(yīng)力場(chǎng)的有限元求解30
• 2.4 疲勞強(qiáng)度計(jì)算方法概述30-34
• 2.4.1 S-N 曲線方法30-32
• 2.4.2 斷裂力學(xué)方法32-33
• 2.4.3 兩種疲勞分析方法對(duì)比33-34
• 第3章 基于 JTP 規(guī)范的 FPSO 典型節(jié)點(diǎn)疲勞壽命分析34-52
• 3.1 FPSO 三艙段強(qiáng)度分析34-43
• 3.1.1 FPSO 主尺度34
• 3.1.2 FPSO 艙段模型34-36
• 3.1.3 邊界條件36-38
• 3.1.4 計(jì)算工況以及計(jì)算載荷38-43
• 3.2 典型節(jié)點(diǎn)的選取43-45
• 3.3 精細(xì)網(wǎng)格有限元計(jì)算模型45-46
• 3.4 疲勞壽命預(yù)報(bào)46-51
• 3.4.1 疲勞熱點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算46-47
• 3.4.2 S-N 曲線的選取47-48
• 3.4.3 疲勞累積損傷計(jì)算48-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第4章 FPSO 典型焊接節(jié)點(diǎn)初始?xì)堄鄳?yīng)力研究52-73
• 4.1 FPSO 典型焊接節(jié)點(diǎn)模型試件尺寸52-54
• 4.2 典型焊接節(jié)點(diǎn)初始?xì)堄鄳?yīng)力有限元模擬54-61
• 4.2.1 材料熱物理性能及力學(xué)性能55
• 4.2.2 有限元模型的建立以及網(wǎng)格劃分55-56
• 4.2.3 單元類(lèi)型56-57
• 4.2.4 焊接熱源以及生死單元技術(shù)57
• 4.2.5 邊界條件57-58
• 4.2.6 有限元分析58-61
• 4.3 初始焊接殘余應(yīng)力的試驗(yàn)測(cè)量61-65
• 4.3.1 試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介61-62
• 4.3.2 試驗(yàn)步驟62-65
• 4.3.3 試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果65
• 4.4 有限元模擬值與試驗(yàn)測(cè)量值對(duì)比65-66
• 4.5 參數(shù)變化對(duì)殘余應(yīng)力影響研究66-72
• 4.5.1 面板厚度67-68
• 4.5.2 腹板厚度68-70
• 4.5.3 焊接最高溫度70-72
• 4.6 本章小結(jié)72-73
• 第5章 FPSO 典型焊接節(jié)點(diǎn)殘余應(yīng)力釋放研究73-86
• 5.1 殘余應(yīng)力釋放的有限元模擬73-75
• 5.1.1 典型焊接節(jié)點(diǎn)模型73
• 5.1.2 外載荷以及邊界條件73
• 5.1.3 外載荷下的殘余應(yīng)力釋放有限元分析73-75
• 5.2 殘余應(yīng)力釋放的試驗(yàn)研究75-77
• 5.2.1 殘余應(yīng)力釋放的加載試驗(yàn)75-76
• 5.2.2 釋放后的殘余應(yīng)力試驗(yàn)測(cè)量76-77
• 5.3 不同外載荷對(duì)殘余應(yīng)力釋放的影響77-80
• 5.3.1 加載端與未加載端殘余應(yīng)力釋放情況對(duì)比77-78
• 5.3.2 0.5t 外載荷作用下殘余應(yīng)力的釋放78-79
• 5.3.3 0.8t 外載荷作用下殘余應(yīng)力的釋放79-80
• 5.3.4 不同外載下的殘余應(yīng)力釋放對(duì)比80
• 5.4 載荷循環(huán)次數(shù)與幅值對(duì)殘余應(yīng)力釋放的影響80-85
• 5.4.1 多個(gè)循環(huán)次數(shù)的等幅外載對(duì)殘余應(yīng)力釋放的影響81-83
• 5.4.2 多個(gè)循環(huán)次數(shù)的變幅外載對(duì)殘余應(yīng)力釋放的影響83-85
• 5.5 本章小結(jié)85-86
• 第6章 殘余應(yīng)力對(duì) FPSO 典型焊接節(jié)點(diǎn)疲勞壽命影響研究86-97
• 6.1 FPSO 典型焊接節(jié)點(diǎn)疲勞壽命計(jì)算86-93
• 6.1.1 典型焊接節(jié)點(diǎn)模型86
• 6.1.2 邊界條件以及載荷86-88
• 6.1.3 疲勞壽命計(jì)算88-93
• 6.2 考慮殘余應(yīng)力釋放時(shí)不同預(yù)載荷對(duì)疲勞壽命的影響93-96
• 6.3 本章小結(jié)96-97
• 第7章 總結(jié)與展望97-99
• 7.1 本文總結(jié)97-98
• 7.2 研究展望98-99
• 參考文獻(xiàn)99-102
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文102-103
• 致謝103

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