局部随机点蚀损伤圆管构件的极限强度研究

发布时间：2020-08-08 11:49

【摘要】：圆管构件凭借其独特的优点广泛应用于油气采集运输工程、海洋基础设施和各类海洋平台等钢结构中。其长期处于恶劣的腐蚀性环境,并遭受波、浪、潮等往复载荷的作用,加速了腐蚀损伤的发展进程。腐蚀损伤会导致钢材力学性能退化,削弱结构的强度,导致结构发生破坏。点蚀作为一种常见的腐蚀损伤,会在局部区域迅速发展,且有腐蚀产物遮蔽使其难以被发现,故其危害受到广泛关注。准确评估点蚀损伤构件的极限强度,是确定进一步采用合适的处理措施维护在役结构的依据。本文采用试验和数值模拟结合的方法,研究局部随机点蚀的腐蚀区分布位置、长度和宽度以及形状对圆管构件轴压极限强度的影响,阐明局部随机点蚀影响轴压圆管构件极限强度和破坏模式的机理。主要工作如下:(1)设计了局部随机点蚀损伤圆管构件轴压试验,研究点蚀坑深度、腐蚀体积、腐蚀区域分布位置和形状对圆管构件极限强度和破坏模式的影响。(2)构建了局部随机分布点蚀损伤圆管的有限元模型,开展了有限元分析研究,并将模拟结果与试验结果对比,验证了有限元模拟方法的计算精度。(3)研究了单元类型、网格尺寸、初始变形峰值、点蚀坑形状以及材料本构模型对极限强度的影响。结果表明:实体单元模型的计算结果普遍小于壳单元;初始变形峰值越大,构件极限强度越低;当材料腐蚀体积和径深比接近,且点蚀分布模式相同时,就圆管柱的极限强度而言,圆柱形最低,圆锥形次之,球冠形最高;带切线模量的弹塑性本构模型与真实的拉伸试验材性的计算结果最为接近。(4)以局部腐蚀圆管短柱为研究对象,研究了局部腐蚀区的位置、长度和宽度以及形状对极限强度的影响。结果表明,在相同腐蚀体积下,随机点蚀沿构件纵向和周向分布时,其位置的变化对极限强度没有显著影响,但是腐蚀区的形状对轴压极限强度有显著的影响,相比于长窄式腐蚀区,短宽式腐蚀区会导致更严重的极限强度退化。(5)以局部腐蚀圆管长柱为研究对象,研究了局部腐蚀区的位置、长度和宽度以及形状对极限强度的影响。结构表明,在相同腐蚀体积下,随机点蚀沿构件纵向和周向分布的位置变化对极限强度也没有显著影响;点蚀深度较小时,腐蚀区长度和宽度的变化对极限强度的影响可以忽略;只有当蚀坑深度较大时,短宽式腐蚀区才会引起较为严重的极限强度退化,且随着腐蚀区逐渐向长窄式转变,极限强度的下降趋势逐渐减弱。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE95

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本文编号：2785521