半潜式海洋平台立柱与下浮体典型焊缝残余应力研究

发布时间：2020-09-04 19:44

　　随着世界经济的飞速发展,石油天然气的需求也在逐步增加,陆地及近海的油气资源已远不能满足整体的需求,半潜式海洋平台由于其独特的优势成为了深海油气资源勘探开采的最佳选择。半潜式海洋平台的结构大都是由高强度钢与超高强度钢焊接而成,本文在基于热-弹塑性相关理论以及疲劳强度计算方法的基础上,对平板对接结构以及不同坡口形式的T型结构进行了焊接模拟,并研究了不同焊接顺序等焊接工艺对焊接残余应力的影响,最后对四种不同坡口形式的T型结构进了疲劳强度分析,主要研究工作及相关结论如下:(1)对半潜式海洋平台立柱与下浮体上广泛存在的平板对接焊进行了研究,分别考虑了分段焊不同焊接顺序,板材不同尺寸以及不同约束下的焊后残余应力,重点对横向残余应力进行了分析,结果表明:分段焊焊接顺序的改变确实会对焊缝残余应力的峰值造成影响,并且采用先焊两端后焊中间的焊接顺序,可以较为明显的增加整个平板的残余低应力区,甚至可以将原先的拉应力转化为压应力;板宽的增加能够降低平板的横向残余应力,并且宽度越大,降低程度越明显;减少约束控制会降低焊后残余应力,对于横向残余应力来说,X方向约束的减少效果最为明显。(2)对三种不同坡口形式(角焊缝、坡口角焊缝、全焊透)的T型结构进行了焊接温度场及应力场的数值模拟分析,得到了其初始焊接温度场及应力场的分布规律,结果表明:T型结构采用不同的坡口形式进行焊接,在焊后的冷却速率是不同的,角焊缝形式冷却速率最快,坡口角焊缝形式次之,全焊透形式最慢,并且结构在初始阶段的冷却速率远大于后期。在焊后等效残余应力峰值的比较中,全焊透形式焊后残余应力最大,坡口角焊缝次之,角焊缝最小。(3)对加肘板T型结构进行了焊接残余应力的模拟,探究焊接方向的改变对焊后残余应力的影响,结果表明:焊接方向的改变不仅能够影响残余应力的峰值,而且能够影响结构的应力集中;焊接方向的改变对XYZ三个方向上应力的影响是不同的,不存在同增同减的关系;在横焊面上所有焊道采用相同的焊接方向所得到的焊后等效残余应力最大。(4)对角焊缝、坡口角焊缝、全焊透以及全焊透并C打磨这四种不同坡口形式的T型结构进行了疲劳强度分析,研究坡口形式的改变对疲劳寿命的影响。结果表明:角焊缝形式无论是腹板受载还是面板受载,疲劳寿命明显低于其他三种结构形式。坡口角焊缝形式在腹板受载时应力峰值最小,疲劳寿命最长,在面板受载时虽不如C打磨形式但与全焊透形式并无太大差异。全焊透之后进行C打磨在腹板受载时不如全焊透安全,但在面板受载时体现出很大优势。本文进行的所有研究是为解决半潜式海洋平台复杂节点的疲劳问题做铺垫,为新一代海洋平台的复杂结构设计提供技术支撑。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U674.38

【参考文献】