本文關(guān)鍵詞：基于裂紋損傷的新型復(fù)合立管剩余強(qiáng)度研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：立管作為海洋油氣資源開發(fā)必不可少的設(shè)備之一,它連接了海底采油設(shè)備和海平面的作業(yè)平臺(tái)。與淺海立管相比,深水立管所處的環(huán)境更為惡劣。在深海采油領(lǐng)域中,復(fù)合立管由于結(jié)構(gòu)形式比較豐富、力學(xué)性能優(yōu)良應(yīng)用越來越廣泛。深水立管受到環(huán)境載荷、材料腐蝕、疲勞裂紋等因素的不利影響,造成立管整體抵抗力衰減,影響了結(jié)構(gòu)服役的安全性和持久性,從而對(duì)海上環(huán)境造成了威脅。為了避免海上事故的發(fā)生和造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失,立管結(jié)構(gòu)的性能評(píng)估備受關(guān)注,而損傷結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度研究是立管性能評(píng)估的關(guān)鍵內(nèi)容。本文以新型復(fù)合立管為研究對(duì)象,首先分析了在典型工況下立管整體強(qiáng)度,確定了損傷敏感區(qū)域,并基于斷裂力學(xué)原理確定時(shí)變裂紋尺寸。在此基礎(chǔ)上針對(duì)關(guān)鍵易損構(gòu)件,考慮材料腐蝕和疲勞裂紋兩種因素影響,對(duì)立管結(jié)構(gòu)剩余壽命和剩余強(qiáng)度的變化進(jìn)行了深入研究。具體研究工作如下:1、簡(jiǎn)單介紹了表面裂紋及損傷后海洋結(jié)構(gòu)物極限強(qiáng)度的研究現(xiàn)狀,詳細(xì)介紹了結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的計(jì)算方法。2、闡述了基于斷裂力學(xué)原理的疲勞裂紋擴(kuò)展方法與求解過程中結(jié)構(gòu)存在的非線性問題,并引入多尺度建模思想對(duì)新型復(fù)合立管局部損傷進(jìn)行分析。3、根據(jù)立管結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)參數(shù),推導(dǎo)出復(fù)合立管螺旋鋼帶層彎曲剛度的計(jì)算公式,并使用ABAQUS有限元軟件對(duì)新型復(fù)合立管在彎曲載荷下的響應(yīng)進(jìn)行了有限元分析,將理論推導(dǎo)結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了計(jì)算公式的正確性。4、根據(jù)立管結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力分布,確定熱點(diǎn)位置,并建立了多尺度模型;基于斷裂力學(xué)裂紋擴(kuò)展原理確定了時(shí)變裂紋尺寸,研究了表面裂紋在長(zhǎng)度和深度兩個(gè)方向的擴(kuò)展規(guī)律,并探討了表面裂紋在兩個(gè)方向擴(kuò)展過程中相互影響規(guī)律;考察了初始裂紋尺寸、腐蝕壁厚因素對(duì)立管剩余壽命的影響。5、建立了含時(shí)變裂紋損傷的關(guān)鍵構(gòu)件模型,得到關(guān)鍵構(gòu)件在時(shí)變裂紋損傷下剩余強(qiáng)度的變化規(guī)律。選擇裂紋損傷對(duì)立管整體承載力影響較大的區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象,分析了初始裂紋尺寸及腐蝕壁厚因素對(duì)立管結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度的影響。
【關(guān)鍵詞】：新型復(fù)合立管 裂紋損傷 剩余強(qiáng)度 多尺度有限元 非線性分析
【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】：2016
【分類號(hào)】：TE95;P756.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 課題研究的背景和意義12-13
• 1.2 裂紋損傷對(duì)海洋鋼結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度的研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 表面裂紋研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 剩余疲勞壽命的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 剩余強(qiáng)度研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.4 極限強(qiáng)度計(jì)算方法17-19
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)19-22
• 第2章 含裂紋損傷結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度研究方法22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 裂紋的種類22-23
• 2.3 基于斷裂力學(xué)的疲勞裂紋擴(kuò)展23-25
• 2.4 非線性有限元法25-32
• 2.4.1 非線性因素和基本流程25-26
• 2.4.2 非線性有限元解法26-32
• 2.5 多尺度有限元方法32-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 第3章 新型復(fù)合立管多尺度模型的構(gòu)建34-55
• 3.1 引言34
• 3.2 單節(jié)立管有限元模型34-37
• 3.2.1 新型復(fù)合立管的簡(jiǎn)介34-35
• 3.2.2 復(fù)合立管的基本參數(shù)35-37
• 3.2.3 單節(jié)立管有限元模型的建立37
• 3.3 環(huán)境載荷與邊界條件的確定37-43
• 3.3.1 立管作業(yè)海況資料37-40
• 3.3.2 海流載荷40
• 3.3.3 波浪載荷40-42
• 3.3.4 立管的邊界條件42-43
• 3.4 立管等效剛度43-49
• 3.4.1 彎曲響應(yīng)理論43-46
• 3.4.2 新型復(fù)合立管等效剛度的驗(yàn)證46-49
• 3.5 結(jié)構(gòu)損傷敏感區(qū)的確定及多尺度模型構(gòu)建49-53
• 3.5.1 結(jié)構(gòu)損傷敏感區(qū)域的確定50-51
• 3.5.2 立管多尺度模型的構(gòu)建51-53
• 3.6 本章小結(jié)53-55
• 第4章 新型復(fù)合立管的剩余疲勞壽命研究55-75
• 4.1 引言55
• 4.2 疲勞裂紋尺寸的確定55-64
• 4.2.1 初始疲勞裂紋尺寸的確定55
• 4.2.2 裂紋擴(kuò)展參數(shù)的選取55
• 4.2.3 疲勞裂紋擴(kuò)展的判斷55-57
• 4.2.4 臨界裂紋尺寸計(jì)算57
• 4.2.5 疲勞裂紋擴(kuò)展計(jì)算方法57-64
• 4.3 裂紋擴(kuò)展下復(fù)合立管疲勞壽命分析64-71
• 4.3.1 熱點(diǎn)區(qū)域裂紋損傷下的疲勞壽命65-67
• 4.3.2 初始裂紋尺寸對(duì)疲勞壽命的影響67-71
• 4.4 壁厚腐蝕對(duì)復(fù)合立管疲勞壽命的影響71-73
• 4.5 本章小結(jié)73-75
• 第5章 裂紋損傷下新型復(fù)合立管的極限強(qiáng)度研究75-85
• 5.1 引言75
• 5.2 關(guān)鍵構(gòu)件模型的建立75-77
• 5.3 關(guān)鍵構(gòu)件極限強(qiáng)度的研究77-83
• 5.3.1 無損條件下關(guān)鍵構(gòu)件的極限強(qiáng)度計(jì)算77-78
• 5.3.2 關(guān)鍵構(gòu)件損傷下的剩余極限強(qiáng)度分析78-80
• 5.3.3 壁厚腐蝕對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件剩余極限強(qiáng)度的影響80-83
• 5.4 本章小結(jié)83-85
• 第6章 總結(jié)與展望85-87
• 6.1 論文主要研究工作及結(jié)論85-86
• 6.2 未來展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文90-91
• 致謝91

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本文編號(hào)：275536