隨著世界經(jīng)濟(jì)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(yuǎn)不能滿足整體的需求,半潛式海洋平臺(tái)由于其獨(dú)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(tái)的結(jié)構(gòu)大都是由高強(qiáng)度鋼與超高強(qiáng)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(qiáng)度計(jì)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(jìn)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(jìn)了疲勞強(qiáng)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(tái)立柱與下浮體上廣泛存在的平板對接焊進(jìn)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(diǎn)對橫向殘余應(yīng)力進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:分段焊焊接順序的改變確實(shí)會(huì)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(gè)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(huì)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(jìn)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(jìn)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(yuǎn)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(jìn)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(gè)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(jìn)行了疲勞強(qiáng)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(shí)應(yīng)力峰值最小,疲勞壽命最長,在面板受載時(shí)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(jìn)行C打磨在腹板受載時(shí)不如全焊透安全,但在面板受載時(shí)體現(xiàn)出很大優(yōu)勢。本文進(jìn)行的所有研究是為解決半潛式海洋平臺(tái)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的疲勞問題做鋪墊,為新一代海洋平臺(tái)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U674.38

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本文編號(hào)：2812498