极地平台结构焊接疲劳的低温评价理论与数值模型方法

发布时间：2020-08-12 09:21

【摘要】：在低温及环境载荷的综合作用下,极地作业的海洋平台结构焊接部件极易发生裂纹扩展及疲劳破坏。现有规范及标准中缺乏适用于极地低温条件的焊接疲劳评价理论与设计准则,对焊接疲劳的低温评价理论与方法进行研究,对保障海洋平台结构的安全作业至关重要。论文首先对焊接疲劳的评价理论进行了分析,对结构应力法的准确性及部分特性进行了研究;其次采用结构应力法完成了焊接管节点的低温疲劳特性研究,并基于大量疲劳评价数据提出适用于焊接管节点的主S-N曲线的低温修正模型;最后提出基于结构应力的组合谱分析方法,并完成单点系泊导管架结构飞溅区多面管节点的低温疲劳评价。研究结果表明,结构应力法可应用于焊接疲劳的低温评价,结构应力的计算过程具有网格不敏感性;几何尺度和支管角度的增大以及较高的结构应力水平均对焊接管节点的低温疲劳性能产生不利影响;采用主S-N曲线的低温修正模型进行焊接管节点的低温疲劳评价具有较高的准确性。420MPa级结构钢具有良好的低温疲劳性能,可为极地作业的海洋平台结构的建造提供参考,同时通过数值模拟的方法对ASME标准给出的主S-N曲线进行低温修正具有一定的工程应用价值。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG405
【图文】：

示意图,撑管,示意图,焊缝

意义油气开采逐渐向有“第二个中东”之称的北估结果[1]，北极地区待发现石油总量约 900 ，分别占全球待发现石油总量与天然气总量开发对缓解资源紧张、促进油气资源合理利资源勘探、开发、运输等环节均需依托海洋件焊接组装而成，受焊接工艺的影响，焊缝始缺陷，同时焊缝处由于几何不连续现象荷以及环境载荷的综合作用下，初始缺陷极影响，并可能造成严重的事故[2]。1969 年，荷作用下发展为宏观裂纹，并最终导致主导年，在北海服役的半潜式平台的撑管焊缝致平台全部倾覆[3]，如图 1.1 所示。

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中国石油大学（北京）硕士学位论文( )5, ,100.73 137491 1.8y T y RTT = + + , ,0.91 0.254exp170.646u T u RTT = + S7910 规范及 stby、XiaoboRen 等人提出的评估公式可变化的趋势是一致的，低温下钢材屈服强度和抗拉强度均研究成果更加保守，如图 1.2 所示。

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1312.46 7.55 8.05ICK = t + T断裂韧度，kgf·mm-2/3；T 为温度，℃；t 为钢板厚度，mn 等人[15]对 420MPa 级结构钢焊接结构进行了三点弯曲母材及热影响区材料在部分温度下的断裂韧度。试验数据内，420MPa 级结构钢焊接结构母材及热影响区的断裂韧小。试验数据及理论分析表明，裂纹扩展门槛值与材料屈服强形等因素有关，低温通过影响以上参数对裂纹扩展门槛值金属材料来说，低温环境下裂纹扩展门槛值有所增加，降。温裂纹扩展的一般规律纹扩展速率的变化规律，裂纹扩展过程一般可分为近门槛（II 区）和快速扩展区（III 区）三个阶段，如图 1.3 所示

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