發(fā)布時(shí)間：2017-09-27 10:02

  本文關(guān)鍵詞：海洋平臺(tái)多面管節(jié)點(diǎn)焊縫疲勞性能的仿真研究

  更多相關(guān)文章： 海洋平臺(tái) DX管節(jié)點(diǎn) 熱點(diǎn)應(yīng)力 應(yīng)力強(qiáng)度因子 裂紋擴(kuò)展

【摘要】：海洋平臺(tái)作為海上能源資源勘探開采的重要基礎(chǔ)設(shè)施,由于其結(jié)構(gòu)是由大量的圓柱管構(gòu)件焊接而成,管節(jié)點(diǎn)焊縫附近必然會(huì)存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。在服役期間,海洋平臺(tái)會(huì)長期受復(fù)雜海洋環(huán)境載荷的作用,管節(jié)點(diǎn)最容易出現(xiàn)疲勞損傷,以及裂紋擴(kuò)展而斷裂失效,而造成不可挽回的重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。管節(jié)點(diǎn)是海洋平臺(tái)的關(guān)鍵部位,其疲勞性能直接會(huì)影響到海洋平臺(tái)的穩(wěn)定性和安全性,因此,開展海洋平臺(tái)管節(jié)點(diǎn)的疲勞性能研究意義重大。本文利用有限元技術(shù)和數(shù)值分析方法對(duì)導(dǎo)管架海洋平臺(tái)管節(jié)點(diǎn)的疲勞性能進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究。首先,對(duì)海洋環(huán)境載荷(風(fēng)、海流和波浪載荷)進(jìn)行了綜合分析,在此基礎(chǔ)上,建立了海洋環(huán)境載荷的簡單數(shù)學(xué)模型。以導(dǎo)管架海洋平臺(tái)為研究對(duì)象,利用ANSYS對(duì)其進(jìn)行了惡劣工況下的靜力學(xué)分析和波浪載荷下的譜分析,確定了最危險(xiǎn)多面管節(jié)的位置,為下一步疲勞特性分析做準(zhǔn)備。其次,遵循AWS的焊接規(guī)范,構(gòu)建了DX管節(jié)點(diǎn)的焊縫模型。對(duì)不同組合載荷下DX多面管節(jié)點(diǎn)焊縫附近區(qū)域的應(yīng)力分布情況進(jìn)行了數(shù)值分析。探究了熱點(diǎn)位置在不同組合工況下的走向規(guī)律,為預(yù)防管節(jié)點(diǎn)疲勞破壞奠定了基礎(chǔ)。最后,依據(jù)DX管節(jié)點(diǎn)在不同組合工況下的熱點(diǎn)位置,在管節(jié)點(diǎn)鞍點(diǎn)處預(yù)制裂紋。采用數(shù)值分析方法,獲得了不同組合載荷下多面DX管節(jié)點(diǎn)焊縫鞍點(diǎn)處三維疲勞裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化規(guī)律,為及時(shí)制止裂紋擴(kuò)展提供了理論依據(jù)。為了進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)表面疲勞裂紋擴(kuò)展過程,依據(jù)Paris疲勞裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)測(cè),針對(duì)T型焊接接頭焊趾處表面裂紋,進(jìn)行了拉伸和彎矩兩種載荷下表面疲勞裂紋擴(kuò)展路徑以及預(yù)測(cè)裂紋剩余壽命的數(shù)值分析。本文對(duì)導(dǎo)管架海洋平臺(tái)多面管節(jié)點(diǎn)焊縫疲勞性能的仿真研究,為平臺(tái)管節(jié)點(diǎn)安全服役提供了理論分析手段,為后續(xù)對(duì)平臺(tái)多面管節(jié)點(diǎn)的疲勞試驗(yàn)分析提供了依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：海洋平臺(tái) DX管節(jié)點(diǎn) 熱點(diǎn)應(yīng)力 應(yīng)力強(qiáng)度因子 裂紋擴(kuò)展
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE95;TG405
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1. 緒論10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 疲勞損傷研究發(fā)展概括11-13
• 1.3 國內(nèi)外對(duì)疲勞研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容16-18
• 2. 海洋環(huán)境下海洋平臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有限元分析18-28
• 2.1 海洋環(huán)境載荷理論概述18-20
• 2.1.1 海風(fēng)載荷18-19
• 2.1.2 波浪載荷19-20
• 2.1.3 海流載荷20
• 2.2 導(dǎo)管架海洋平臺(tái)模型20-23
• 2.2.1 導(dǎo)管架海洋平臺(tái)單元類型的選取20-21
• 2.2.2 導(dǎo)管架海洋平臺(tái)的建模21-23
• 2.3 導(dǎo)管架海洋平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)靜力分析23-25
• 2.4 波浪載荷作用下導(dǎo)管架海洋平臺(tái)的隨機(jī)分析25-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 3. 多面管節(jié)點(diǎn)疲勞性能的數(shù)值分析28-43
• 3.1 熱點(diǎn)應(yīng)力定義28-29
• 3.2 管節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分析方法29-30
• 3.3 多面DX管節(jié)點(diǎn)建模30-35
• 3.3.1 單元類型的選擇31-32
• 3.3.2 網(wǎng)格劃分方法32
• 3.3.3 焊縫的建模32-33
• 3.3.4 模型的邊界條件和加載方式33
• 3.3.5 應(yīng)力直線插值法33-34
• 3.3.6 有限元結(jié)果的驗(yàn)證34-35
• 3.4 多面DX管節(jié)點(diǎn)疲勞性能數(shù)值分析35-40
• 3.4.1 單一基本載荷35-37
• 3.4.2 軸向力和平面內(nèi)彎矩的復(fù)合載荷37-39
• 3.4.3 軸向力和平面外彎矩的復(fù)合載荷39-40
• 3.5 熱點(diǎn)應(yīng)力有限元結(jié)果與PIRP2A線性迭加法比較40-41
• 3.6 本章小結(jié)41-43
• 4. DX管節(jié)點(diǎn)三維裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的數(shù)值研究43-62
• 4.1 斷裂力學(xué)基本理論43-45
• 4.1.1 斷裂模式43
• 4.1.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子43-45
• 4.2 有限元方法計(jì)算三維裂紋前緣應(yīng)力強(qiáng)度因子45-47
• 4.2.1 位移外推法計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子45-46
• 4.2.2 基于相互作用積分法計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子46-47
• 4.3 基于ANSYS含有裂紋的DX管節(jié)點(diǎn)建模47-49
• 4.4 基于ANSYS應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算步驟49-50
• 4.5 DX管節(jié)點(diǎn)弦管鞍點(diǎn)處表面裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算50-55
• 4.6 DX管節(jié)點(diǎn)支撐管鞍點(diǎn)處穿透裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算55-60
• 4.7 本章小結(jié)60-62
• 5. T型焊接接頭表面裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬62-74
• 5.1 表面疲勞裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬理論62-64
• 5.2 有限元法模擬疲勞裂紋擴(kuò)展的基本過程64-65
• 5.3 T型焊接接頭焊趾處表面裂紋模型65-67
• 5.4 T型焊接接頭焊趾表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算分析67-70
• 5.5 T型焊接接頭焊趾處表面疲勞裂紋的數(shù)值模擬70-73
• 5.6 本章小結(jié)73-74
• 6. 結(jié)論和展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80-81
• 個(gè)人簡歷81
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81

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本文編號(hào)：929031