基于断裂力学的导管架平台疲劳裂纹评估研究

发布时间：2017-03-31 01:17

  本文关键词：基于断裂力学的导管架平台疲劳裂纹评估研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：导管架平台在服役过程中,由于不断受到海水的腐蚀和不断变化的环境载荷的作用,结构会产生各种损伤,如裂纹、腐蚀等等。这些损伤均可能是导管架平台整体结构破坏的起因。近年来,我国已有相当数量的导管架平台服役期限已接近其设计寿命,并或多或少检测到裂纹,其断裂评估和疲劳寿命预测成为亟待解决的问题。例如,目前中海石油有多座导管架式平台已服役很长时间,在波浪荷载作用下,大部分平台已出现疲劳裂纹。海洋平台导管架是一种典型的焊接结构。这类焊接结构的失效,大多数是由于焊接接头的疲劳破坏造成,且多发生在导管架节点区域。导管架管节点的疲劳破坏主要是由于外界载荷周期性重复作用的结果。桩基基础的导管架平台结构在波浪载荷作用下,尽管在进行整体结构分析时,所求的应力远远低于材料的屈服强度,但由于管节点处存在应力集中,产生局部高应力,在波浪反复作用下,管节点处的焊接缺陷和形成的微小裂纹会逐渐扩展,最后导致管节点裂纹处发生断裂破坏。为了定量评估导管架平台核心管节点的疲劳强度和剩余寿命,需要详细研究裂纹的断裂行为和扩展速率,以正确判断这些裂纹的安全度,做到有依据地最大限度发挥管节点的结构潜能,延长导管架平台的服役期。本文使用疲劳分析与断裂力学结合的方法,依据BS7910规范、API RP 2A规范、Norsok Standard-N004规范,对海上固定式导管架平台结构已存在的裂纹进行断裂评估和疲劳寿命预测。并编程完成导管架平台断裂与疲劳分析软件。应用软件对某平台管节点上的典型裂纹,进行断裂工程临界评估(ECA)和基于断裂力学的疲劳寿命预测。
【关键词】：导管架平台 断裂评估 疲劳评估 数值计算 软件应用
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.38
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 本论文研究的背景和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 海洋环境荷载13-14
• 1.2.2 疲劳累积损伤理论14-15
• 1.2.3 裂纹结构的剩余寿命评估的研究进展15-16
• 1.3 海洋平台结构管节点疲劳问题的研究16-18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 第二章 导管架平台疲劳裂纹评估理论基础20-63
• 2.1 管节点与裂纹分类20-23
• 2.1.1 管节点分类20-21
• 2.1.2 按裂纹的几何类型分类21-22
• 2.1.3 按裂纹受力及断裂特征分类22-23
• 2.2 管节点载荷与应力23-33
• 2.2.1 管节点载荷23-24
• 2.2.2 管节点应力24-25
• 2.2.3 管节点疲劳分析应力的选择25-27
• 2.2.4 应力集中系数SCF27-29
• 2.2.5 断裂力学应力29-32
• 2.2.6 断裂力学应力的选择32-33
• 2.3 线弹性断裂力学裂纹评估33-39
• 2.3.1 线弹性断裂力学简介33-34
• 2.3.2 脆性断裂的G准则34-36
• 2.3.3 应力强度因子K准则36-38
• 2.3.4 G准则与K准则的联系38-39
• 2.4 弹塑性断裂力学裂纹评估39-46
• 2.4.1 弹塑性断裂力学简介39-40
• 2.4.2 CTOD (Crack Tip Opening Displacement) 断裂准则40-43
• 2.4.3 J积分断裂准则43-45
• 2.4.4 FAD (Failure Assessment Diagram) 综合失效评定45-46
• 2.5 弹塑性断裂力学裂纹评估方法46-57
• 2.5.1 一级评定47-49
• 2.5.2 二级评定49-54
• 2.5.3 三级评定54-57
• 2.6 管节点同一截面多条裂纹共同作用评估57-60
• 2.6.1 裂纹特征化57
• 2.6.2 裂纹交互作用57-60
• 2.7 管节点裂纹疲劳寿命60-61
• 2.7.1 管节点疲劳寿命分析方法概述60
• 2.7.2 基于断裂力学的疲劳寿命分析方法60-61
• 2.8 基于Miner法则的管节点裂纹形成寿命61
• 2.9 本章小结61-63
• 第三章 断裂力学数值计算方法63-85
• 3.1 热点应力与应力集中系数计算63-65
• 3.2 应力强度因子计算65-74
• 3.2.1 Newman and Raju方法计算应力强度因子66-70
• 3.2.2 复变函数法计算应力强度因子70-71
• 3.2.3 积分变换法计算应力强度因子71-72
• 3.2.4 有限元法计算应力强度因子72-73
• 3.2.5 边界配置法计算应力强度因子73-74
• 3.3 小范围屈服条件下的塑形区修正74-79
• 3.3.1 塑性区的形状和大小74-76
• 3.3.2 有效裂纹尺寸76-78
• 3.3.3 应力强度因子的计算78-79
• 3.4 裂纹尺寸增长计算79-81
• 3.4.1 四阶龙格-库塔法79-80
• 3.4.2 裂纹尺寸增长计算80-81
• 3.5 本章小结81-85
• 第四章 导管架平台裂纹断裂疲劳分析与软件程序系统85-97
• 4.1 SACS原理功能介绍85-86
• 4.2 传递函数86-87
• 4.3 断裂力学应力的选择87-88
• 4.4 程序系统计算流程图88-89
• 4.5 工程实例89-97
• 第五章 结论与展望97-99
• 5.1 结论97
• 5.2 展望97-99
• 参考文献99-103
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果103-104
• 致谢104-105
• 附件105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 邬华芝,高德平,郭海丁;概率疲劳破坏寿命特性研究综述[J];湖北工学院学报;2002年04期

2 欧进萍,肖仪清,段忠东,周道成;基于风浪联合概率模型的海洋平台结构系统可靠度分析[J];海洋工程;2003年04期

3 肖仪清;李利孝;宋丽莉;秦鹏;;基于近海海面观测的台风黑格比风特性研究[J];空气动力学学报;2012年03期

4 陈国明，方华灿;海洋平台管节点应力强度因子的工程计算模型[J];石油大学学报(自然科学版);1995年01期

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本文编号：278547