考虑初始缺陷FPSO结构的极限强度研究

发布时间：2017-09-07 08:26

  本文关键词：考虑初始缺陷FPSO结构的极限强度研究

  更多相关文章： 初始缺陷 FPSO 极限强度 加筋板 非线性有限元分析

【摘要】：现实中的FPSO结构与理想状态相比,必然存在着缺陷损伤,在船舶与海洋工程中把这类情况统称为初始缺陷。很多存在初始缺陷的船舶与海洋工程结构在服役期间发生了灾难性事故,不仅严重危害了工作人员的人身安全,而且造成了巨大的经济损失。因此为了反映FPSO结构的真实状态,在校核其极限承载力时要考虑初始缺陷的影响。本文采用非线性有限元软件ANSYS来分析初始变形、残余应力和凹陷三种初始缺陷对FPSO结构极限强度的影响,重点考虑这三种形式的初始缺陷对加筋板结构极限强度的影响,并在此基础上研究三种缺陷作用于FPSO舱段结构上时极限弯矩的变化规律。围绕上述目标,本文主要开展了以下工作:(1)在研究初始变形对加筋板结构极限强度的影响时,本文主要采用板型初始变形、加筋侧移型初始变形和加筋梁柱型初始变形三种形式,通过APDL语言改变节点坐标实现初始变形的加载,研究轴向压缩载荷作用下,加筋板结构在不同板厚、不同幅值比(平均幅值不变)和轻微、一般和严重三种情况下极限强度的变化趋势。结果表明,板厚越厚,加筋板承载力越大;在平均幅值不变的情况下,幅值比对加筋板结构的极限强度影响很小;初始变形越严重,对结构承载力影响越大。(2)本文通过把残余应力编成初应力文件的形式加载到加筋板结构中,主要分析热轧残余应力和焊接残余应力两种形式,考虑含残余应力加筋板在轴向压力下极限强度的变化趋势,并且通过热分析分析在不同板厚和焊材高度下残余应力的分布情况。结果表明,残余应力对加筋板极限强度有显著地影响,但网格大小在其中的影响甚微。(3)采用非线性有限元软件ANSYS模拟含凹陷加筋板在单轴压缩载荷作用下极限强度的变化趋势。本文采用球撞击加筋板形成凹陷,选取三种典型的凹陷位置,即板格中间、翼板中间和板格所在加筋处中间。保持撞击后的变形状态,在加筋板的一侧施加逐步增加的轴向压力,以获得其崩溃状态,最终得到凹陷损伤加筋板的极限强度,并分析五种不同的速度和不同的重量对加筋板极限强度的影响。计算结果表明:凹陷的存在削弱加筋板的极限强度,而且随着凹陷面积和凹陷深度的增加,极限强度减小更加明显;凹陷面积相对于凹陷深度对加筋板极限强度的影响更大;凹陷在板格中间对加筋板的承载能力影响最大。(4)在上述研究的基础上,考虑三种初始缺陷同时作用时加筋板结构极限强度的变化趋势,并与单独考虑时的极限强度进行对比研究。结果表明初始缺陷同时存在时对加筋板承载力的影响更大,同时残余应力相对于初始变形和凹陷对结构极限强度的削弱影响更大。(5)建立FPSO舱段结构,在甲板板上加载凹陷和残余应力,在船底内板上加载初始变形和凹陷,研究在中垂和中拱状态下,含初始缺陷FPSO结构极限弯矩的变化规律。有限元计算结果表明,中拱状态下的极限弯矩值大于在中垂状态下的极限弯矩值;初始缺陷的存在不仅改变了结构的应力分布情况,而且降低了结构的极限承载力。
【关键词】：初始缺陷 FPSO 极限强度 加筋板 非线性有限元分析
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.43
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 研究的背景和意义13-14
• 1.2 初始缺陷和极限强度的研究发展现状14-17
• 1.2.1 初始缺陷国内外研究现状14-16
• 1.2.2 船舶结构极限强度国内外研究现状16-17
• 1.3 本文研究内容17-19
• 第2章 含初始变形加筋板结构的极限强度19-41
• 2.1 引言19
• 2.2 计算模型19-20
• 2.2.1 模型参数19-20
• 2.2.2 初始变形20
• 2.3 结果分析20-39
• 2.3.1 板厚的影响20-25
• 2.3.2 不同挠曲幅值比的影响25-32
• 2.3.3 四种情况的板型初始变形32-39
• 2.4 本章小结39-41
• 第3章 含残余应力加筋板结构的极限强度41-51
• 3.1 引言41
• 3.2 计算模型41-42
• 3.3 残余应力公式42-43
• 3.3.1 热轧残余应力42-43
• 3.3.2 焊接残余应力43
• 3.4 焊接热分析特点43-47
• 3.4.1 焊接热分析结果44-47
• 3.5 结果分析47-50
• 3.5.1 热轧残余应力计算结果47-48
• 3.5.2 焊接残余应力计算结果48-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 含凹陷加筋板结构的极限强度51-83
• 4.1 引言51
• 4.2 非线性有限元分析理论51-52
• 4.3 计算模型52-53
• 4.4 凹陷区域的模拟53-54
• 4.5 结果分析54-81
• 4.5.1 不同重量的球撞击位置(1)处54-61
• 4.5.2 不同重量的球撞击位置(2)处61-66
• 4.5.3 不同重量的球撞击位置(3)处66-70
• 4.5.4 不同速度的球撞击位置(1)处70-73
• 4.5.5 不同速度的球撞击位置(2)处73-75
• 4.5.6 不同速度的球撞击位置(3)处75-78
• 4.5.7 改变局部坐标78-81
• 4.6 本章小结81-83
• 第5章 含初始缺陷加筋板结构的极限强度83-99
• 5.1 引言83
• 5.2 计算模型83-84
• 5.3 结果分析84-97
• 5.3.1 初始变形和凹陷的叠加84-96
• 5.3.2 三种初始缺陷的叠加96-97
• 5.4 本章小结97-99
• 第6章 含初始缺陷FPSO结构的极限强度研究99-107
• 6.1 引言99
• 6.2 初始缺陷FPSO结构有限元模型99-100
• 6.3 结果分析100-106
• 6.3.1 完整FPSO结构的极限强度100-101
• 6.3.2 含初始缺陷FPSO结构的极限强度101-106
• 6.4 本章小结106-107
• 总结与展望107-109
• 一、总结107-108
• 二、展望108-109
• 参考文献109-113
• 攻读硕士学位期间发表的论文113-115
• 致谢115

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本文编号：808464