隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展,石油天然氣的需求也在逐步增加,陸地及近海的油氣資源已遠不能滿足整體的需求,半潛式海洋平臺由于其獨特的優(yōu)勢成為了深海油氣資源勘探開采的最佳選擇。半潛式海洋平臺的結(jié)構(gòu)大都是由高強度鋼與超高強度鋼焊接而成,本文在基于熱-彈塑性相關(guān)理論以及疲勞強度計算方法的基礎(chǔ)上,對平板對接結(jié)構(gòu)以及不同坡口形式的T型結(jié)構(gòu)進行了焊接模擬,并研究了不同焊接順序等焊接工藝對焊接殘余應(yīng)力的影響,最后對四種不同坡口形式的T型結(jié)構(gòu)進了疲勞強度分析,主要研究工作及相關(guān)結(jié)論如下:(1)對半潛式海洋平臺立柱與下浮體上廣泛存在的平板對接焊進行了研究,分別考慮了分段焊不同焊接順序,板材不同尺寸以及不同約束下的焊后殘余應(yīng)力,重點對橫向殘余應(yīng)力進行了分析,結(jié)果表明:分段焊焊接順序的改變確實會對焊縫殘余應(yīng)力的峰值造成影響,并且采用先焊兩端后焊中間的焊接順序,可以較為明顯的增加整個平板的殘余低應(yīng)力區(qū),甚至可以將原先的拉應(yīng)力轉(zhuǎn)化為壓應(yīng)力;板寬的增加能夠降低平板的橫向殘余應(yīng)力,并且寬度越大,降低程度越明顯;減少約束控制會降低焊后殘余應(yīng)力,對于橫向殘余應(yīng)力來說,X方向約束的減少效果最為明顯。(2)對三種不同坡口形式(角焊縫、坡口角焊縫、全焊透)的T型結(jié)構(gòu)進行了焊接溫度場及應(yīng)力場的數(shù)值模擬分析,得到了其初始焊接溫度場及應(yīng)力場的分布規(guī)律,結(jié)果表明:T型結(jié)構(gòu)采用不同的坡口形式進行焊接,在焊后的冷卻速率是不同的,角焊縫形式冷卻速率最快,坡口角焊縫形式次之,全焊透形式最慢,并且結(jié)構(gòu)在初始階段的冷卻速率遠大于后期。在焊后等效殘余應(yīng)力峰值的比較中,全焊透形式焊后殘余應(yīng)力最大,坡口角焊縫次之,角焊縫最小。(3)對加肘板T型結(jié)構(gòu)進行了焊接殘余應(yīng)力的模擬,探究焊接方向的改變對焊后殘余應(yīng)力的影響,結(jié)果表明:焊接方向的改變不僅能夠影響殘余應(yīng)力的峰值,而且能夠影響結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中;焊接方向的改變對XYZ三個方向上應(yīng)力的影響是不同的,不存在同增同減的關(guān)系;在橫焊面上所有焊道采用相同的焊接方向所得到的焊后等效殘余應(yīng)力最大。(4)對角焊縫、坡口角焊縫、全焊透以及全焊透并C打磨這四種不同坡口形式的T型結(jié)構(gòu)進行了疲勞強度分析,研究坡口形式的改變對疲勞壽命的影響。結(jié)果表明:角焊縫形式無論是腹板受載還是面板受載,疲勞壽命明顯低于其他三種結(jié)構(gòu)形式。坡口角焊縫形式在腹板受載時應(yīng)力峰值最小,疲勞壽命最長,在面板受載時雖不如C打磨形式但與全焊透形式并無太大差異。全焊透之后進行C打磨在腹板受載時不如全焊透安全,但在面板受載時體現(xiàn)出很大優(yōu)勢。本文進行的所有研究是為解決半潛式海洋平臺復雜節(jié)點的疲勞問題做鋪墊,為新一代海洋平臺的復雜結(jié)構(gòu)設(shè)計提供技術(shù)支撐。
【學位單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U674.38

【參考文獻】

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本文編號：2812498