考虑随机腐蚀损伤的FPSO船体梁极限强度研究

发布时间：2017-09-11 16:37

  本文关键词：考虑随机腐蚀损伤的FPSO船体梁极限强度研究

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【摘要】：FPSO在生命周期内因腐蚀损伤而引发海上事故不仅给船上工作人员带来了生命威胁,而且直接造成严重的经济损失,甚至会污染海洋环境。因此,提高FPSO安全性成为广大学者及设计人员共同的愿景,这就涉及到FPSO船体结构极限强度的正确评估,尤其是含腐蚀损伤FPSO结构剩余极限强度的研究具有重要意义。本文在轴向压缩载荷下对含点腐蚀损伤加筋板的剩余极限强度进行试验研究,采用6种不同参数点腐蚀损伤加筋板试件进行试验,通过改变试件点腐蚀坑位置、直径、深度,分析了不同点蚀因素对加筋板屈曲破坏及剩余极限强度的影响,分别对含初始变形和不含初始变形试件数值仿真计算,与试验结果进行对比分析;基于逐步破坏理论,采用非线性有限元法借助ANSYS软件对含点腐蚀损伤加筋板极限强度进行数值仿真计算,分别探讨点蚀坑位置、直径、数目、深度、腐蚀体积不同时加筋板结构屈曲崩溃方式和应力分布,分析点蚀因素对加筋板剩余极限强度的影响;采用非线性有限元法对含腐蚀损伤FPSO结构极限弯矩进行研究,计算FPSO结构分别在中拱、中垂状态下均匀腐蚀损伤和点腐蚀损伤时的极限弯矩并探讨极限弯矩变化规律,其中,腐蚀损伤位置覆盖了船体甲板、舷侧外板、舷侧内板、船底板和船底内板,分析在外载荷作用下FPSO各结构之间的相互影响;考虑材料参数、结构尺寸及点腐蚀尺寸的随机性,利用蒙特卡洛法并结合非线性有限元法分别对加筋板剩余极限强度及FPSO结构极限弯矩进行循环计算,获取大量计算结果后根据统计学知识得到概率密度散点图,选取合适的概率密度曲线对散点图进行拟合,并对随机变量进行灵敏度分析。本文研究结果表明点腐蚀削减了加筋板极限承载能力,部分加筋板的加强筋并非同时屈曲失效,在先后崩溃期间有一定的时间间隔,试验结果与有限元仿真结果较为吻合,初始变形对加筋板极限强度有很大影响;不同参数点蚀坑影响了加筋板应力分布,削弱了结构极限强度,改变了试件屈曲破坏方式,点蚀坑位于板中时加筋板极限强度被削弱的程度比点蚀坑位于板两侧时大,点蚀影响因素(直径、数目、深度、体积)对加筋板极限强度有显著影响,可近似看成二次单调函数关系,影响因素的数值越大,加筋板剩余极限强度越小;在中垂或者中拱极限状态下,FPSO结构只有部分构件达到了材料的屈服极限,无论中垂还是中拱,在腐蚀作用下,FPSO结构弯矩的变化具有很明显的规律,随着腐蚀损耗年限的增加,结构强度的削弱量也随之加大,当均匀腐蚀损失的结构体积与点腐蚀损失的结构体积相同时,含均匀腐蚀FPSO结构的极限弯矩略大于含点腐蚀FPSO结构的极限弯矩;用传统方法拟合加筋板极限强度概率密度函数、在中垂状态下用传统方法拟合FPSO复杂结构极限弯矩概率密度函数、在中拱状态下拟合的极限弯矩概率密度函数均服从正态分布。极限弯矩随点蚀深度的增大而减小,与中垂状态相比,中拱状态时点蚀损伤对极限弯矩的影响程度更大,可以通过降低点蚀损伤程度来提高结构极限弯矩。
【关键词】：腐蚀损伤 加筋板 极限强度 随机性 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
• Abstract7-14
• 第1章 绪论14-23
• 1.1 选题背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究概况15-22
• 1.2.1 腐蚀研究现状15-19
• 1.2.2 含腐蚀损伤结构极限强度研究现状19-21
• 1.2.3 现有研究的不足21-22
• 1.3 论文的主要工作22-23
• 第2章 含点蚀损伤加筋板剩余极限强度试验研究23-46
• 2.1 引言23
• 2.2 加筋板材料拉伸试验23-25
• 2.2.1 试验设备及条件23-24
• 2.2.2 试验结果24-25
• 2.3 试验设计25-30
• 2.3.1 试验试件25-28
• 2.3.2 初始变形检测28-29
• 2.3.3 测点及数据采集29-30
• 2.4 试验结果及分析30-37
• 2.4.1 试件1和试件2试验结果分析30-32
• 2.4.2 试件3和试件4试验结果分析32-34
• 2.4.3 试件5和试件6试验结果分析34-37
• 2.5 试验试件剩余极限强度数值方法分析37-43
• 2.5.1 有限元模型37-38
• 2.5.2 初始变形模拟38
• 2.5.3 边界条件38-39
• 2.5.4 有无初始变形模型有限元数值分析39-43
• 2.6 有限元计算结果与试验结果对比43-45
• 2.7 本章小结45-46
• 第3章 含点蚀损伤加筋板剩余极限强度数值仿真分析46-64
• 3.1 引言46
• 3.2 几何特性及材料参数46-47
• 3.2.1 加筋板模型的特性参数46-47
• 3.2.2 点蚀坑的几何特性47
• 3.3 不同影响因素下的点蚀损伤加筋板极限强度分析47-62
• 3.3.1 点蚀位置对加筋板剩余极限强度的影响48-50
• 3.3.2 点蚀直径对加筋板剩余极限强度的影响50-53
• 3.3.3 点蚀坑数目对加筋板架剩余极限强度的影响53-55
• 3.3.4 点蚀坑深度对加筋板剩余极限强度的影响55-57
• 3.3.5 点蚀坑损失的体积对加筋板架剩余极限强度的影响57-62
• 3.4 本章小结62-64
• 第4章 含腐蚀损伤FPSO结构极限弯矩研究64-74
• 4.1 引言64
• 4.2 点蚀损伤FPSO舱段结构有限元模型64-65
• 4.2.1 含腐蚀损伤FPSO结构分析模型65
• 4.2.2 含腐蚀损伤FPSO结构工况65
• 4.3 FPSO结构的极限弯矩分析65-73
• 4.3.1 含均匀腐蚀损伤FPSO结构的极限弯矩65-69
• 4.3.2 含点腐蚀损伤FPSO结构的极限弯矩69-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第5章 考虑材料参数、构件尺寸及点蚀随机特性FPSO结构极限强度研究74-90
• 5.1 引言74
• 5.2 研究方法74-75
• 5.3 典型加筋板极限强度的统计规律分析75-81
• 5.4 FPSO结构极限弯矩的统计规律分析81-88
• 5.5 本章小结88-90
• 总结与展望90-92
• 参考文献92-96
• 攻读硕士期间发表的学术成果96-97
• 致谢97

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本文编号：831894