腐蚀和裂纹损伤下海洋平台极限强度研究

发布时间：2020-04-09 09:48

【摘要】：腐蚀和裂纹损伤作为海洋平台不可避免的两种损伤形式,它们不仅会削弱平台构件的强度,更会威胁到平台整体的安全性。因此,正确分析和评估腐蚀和裂纹损伤下平台构件和结构整体的极限强度对结构维护及维修和延长其使用寿命具有重要的意义。本文以导管架平台的圆管构件、节点和整体结构作为研究对象,分析裂纹构型(裂纹位置、裂纹长度)、腐蚀形式(点蚀、均匀腐蚀)和腐蚀强度影响其极限强度的规律,并重点关注腐蚀与裂纹联合后对结构性能的不利影响,具体工作和结论如下:(1)应用ANSYS有限元软件建立含腐蚀和裂纹损伤的圆管构件、节点和多尺度平台有限元模型,通过与已有文献中的模型对比,验证了所建模型的正确性。(2)分析圆管构件在轴向荷载(轴压和轴拉)作用下,腐蚀和裂纹的单独和联合损伤对圆管极限荷载的影响。研究结果表明:圆管的极限荷载随裂纹长度的增加而减小,随裂纹倾斜角度的增加而增大,随着腐蚀强度的增加而减小;在计算具有倾斜角度β的裂纹圆管的极限荷载时,可以通过将裂纹长度(λ)乘以倾斜角度(β)的余弦值把具有倾斜角度的裂纹简化成没有倾斜角度的裂纹;相同腐蚀体积下,点蚀损伤对圆管极限荷载的削弱比均匀腐蚀对圆管极限荷载的削弱大的多;腐蚀和裂纹联合损伤下,裂纹圆管的极限荷载同样随裂纹长度的增加而减小,随裂纹倾斜角度的增加而增大,随腐蚀强度的增加而减小。(3)分析TT型节点的某一支管轴向加载时,腐蚀和裂纹的单独和联合损伤对节点极限强度的影响。研究结果表明:相比于比其他位置,裂纹处于受载支管的焊缝时,对节点极限强度的削弱明显大的多,且该位置的裂纹会随着裂纹长度的增加而进一步削弱节点的极限强度;腐蚀损伤下,节点的极限强度主要受主管上腐蚀损伤的影响,随着腐蚀强度的增加而减小;同体积腐蚀下,点蚀损伤和均匀腐蚀对节点极限强度削减的差异不大;腐蚀和裂纹联合损伤下节点的极限强度随裂纹长度的增加而减小,也随着腐蚀强度的增加而减小。(4)基于多尺度有限元分析方法,研究水平冰荷载作用下,海洋平台关键节点处的腐蚀和裂纹损伤对整体结构极限强度的影响。研究结果表明:处于节点特殊部位的裂纹损伤才会对海洋平台整体结构强度有明显影响,且随着裂纹长度的增加,平台强度逐渐减小;同体积腐蚀下,平台关键节点主管上均匀腐蚀对平台强度的削弱程度要比点蚀对平台强度的削弱程度要大;腐蚀和裂纹的联合损伤下,平台极限强度随关键位置处裂纹长度的增加而减小,也随着腐蚀强度的增加而减小。(5)通过比较单一腐蚀损伤、单一裂纹损伤和两种损伤联合作用下圆管构件、TT型节点和整体结构的极限强度发现,腐蚀和裂纹联合作用下对结构极限强度的削减可以通过将单一腐蚀损伤对结构极限强度的削减和单一裂纹损伤对结构极限强度的削减相加来保守估计。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.38

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本文编号：2620598