海洋平臺(tái)起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)焊縫多軸疲勞壽命評(píng)估.pdf

1、轉(zhuǎn)臺(tái)是海洋平臺(tái)起重機(jī)重要的承載結(jié)構(gòu)件之一，其安全可靠性對(duì)整機(jī)至關(guān)重要。通常轉(zhuǎn)臺(tái)多為焊接箱型結(jié)構(gòu)，作業(yè)時(shí)主要承受壓彎復(fù)合載荷，因此轉(zhuǎn)臺(tái)焊縫處于十分復(fù)雜的多軸應(yīng)力狀態(tài)。此外，海洋平臺(tái)起重機(jī)作業(yè)頻繁，加之海上環(huán)境惡劣（海風(fēng)、海浪等），導(dǎo)致轉(zhuǎn)臺(tái)焊縫應(yīng)力循環(huán)交替變化，疲勞破壞是其主要失效形式之一。綜上所述，對(duì)海洋平臺(tái)起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)焊縫進(jìn)行多軸疲勞壽命評(píng)估意義重大。
　　本文以30噸級(jí)海洋平臺(tái)起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)為研究對(duì)象，將等效熱點(diǎn)應(yīng)力(Equivale

2、nt HotSpot Stress，簡(jiǎn)稱EHSS)作為評(píng)定應(yīng)力，結(jié)合一種新的多軸疲勞壽命評(píng)估方法——修正Wohler曲線法（Modified Wohler Curve Method，簡(jiǎn)稱MWCM），對(duì)不同工況下的轉(zhuǎn)臺(tái)焊縫進(jìn)行多軸疲勞壽命評(píng)估。本文主要工作如下:
　　(1)根據(jù)相關(guān)疲勞評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)確定熱點(diǎn)應(yīng)力（Hot Spot Stress，簡(jiǎn)稱HSS）的計(jì)算方法，通過(guò)有限元分析軟件ANSYS尋求等效熱點(diǎn)應(yīng)力的求解方法，然后分別將熱點(diǎn)應(yīng)

3、力和等效熱點(diǎn)應(yīng)力作為評(píng)定應(yīng)力，結(jié)合MWCM建立焊接結(jié)構(gòu)件多軸疲勞壽命預(yù)測(cè)算法。
　　(2)以對(duì)接焊縫為例，分別將熱點(diǎn)應(yīng)力和等效熱點(diǎn)應(yīng)力與MWCM結(jié)合，預(yù)測(cè)其多軸疲勞壽命，然后對(duì)比本文算法預(yù)測(cè)壽命和試驗(yàn)壽命，驗(yàn)證本文算法的精度;針對(duì)工程上常見(jiàn)的角焊縫，分別將熱點(diǎn)應(yīng)力和等效熱點(diǎn)應(yīng)力與MWCM結(jié)合，研究不同拉伸彎曲比例的載荷對(duì)兩種方法多軸疲勞壽命的影響，驗(yàn)證等效熱點(diǎn)應(yīng)力作為多軸疲勞評(píng)定應(yīng)力的合理性。
　　(3)按照API2C-20

4、12《海洋平臺(tái)起重機(jī)規(guī)范》，確定目標(biāo)起重機(jī)在五種不同工況下的載荷，然后計(jì)算起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的受力狀況，進(jìn)而確定轉(zhuǎn)臺(tái)的邊界條件。接著對(duì)目標(biāo)起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行有限元分析，找出其危險(xiǎn)部位，并對(duì)危險(xiǎn)部位焊縫實(shí)體建模，然后用MPC技術(shù)建立轉(zhuǎn)臺(tái)殼-實(shí)體混合模型，重新進(jìn)行有限元分析，得到危險(xiǎn)部位焊縫詳細(xì)的應(yīng)力分布，為提取焊趾處的等效熱點(diǎn)應(yīng)力奠定基礎(chǔ)。
　　(4)根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)危險(xiǎn)焊縫詳細(xì)的應(yīng)力分布，確定焊縫疲勞待評(píng)估點(diǎn)，然后提取待評(píng)估點(diǎn)的等效熱點(diǎn)應(yīng)力，將等效熱