海洋平臺(tái)管節(jié)點(diǎn)裂紋損傷邊界處理簡(jiǎn)化方法.pdf

1、在最近的幾十年中，隨著陸上石油資源的日益枯竭，海洋石油逐漸變成未來石油的主要產(chǎn)地，海洋石油鉆井平臺(tái)得到了迅猛發(fā)展。其中的部分海洋平臺(tái)主要結(jié)構(gòu)是頂部平臺(tái)和底部浮體兩部分組成。而這兩部分主要是靠底部立柱和橫撐管結(jié)構(gòu)來進(jìn)行平臺(tái)連接和支撐。這種管與管相貫的結(jié)構(gòu)承受著總體結(jié)構(gòu)中大部分的應(yīng)力。由此可見管件在整個(gè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)中占有比較重要的地位。在平臺(tái)的制造過程中，圓管和圓管的連接都是以焊接的形式完成的，并且圓管構(gòu)件大部分處于水線附近，更易受到腐蝕和風(fēng)浪

2、載荷的影響。久而久之，在風(fēng)浪等循環(huán)載荷的作用下，管節(jié)點(diǎn)處的焊縫就有可能發(fā)生塑性變形。當(dāng)這種塑性變形到達(dá)一定的程度，就會(huì)在圓管的表面產(chǎn)生裂紋。在這個(gè)過程中，雖然整體應(yīng)力遠(yuǎn)低于彈性極限，但是由于應(yīng)力集中，在雜質(zhì)和缺口處的局部應(yīng)力也可以超過屈服極限。應(yīng)此，這就會(huì)在很小的范圍內(nèi)發(fā)生局部塑性變形。T型管節(jié)點(diǎn)處的焊縫是整個(gè)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)中受集中力比較大的位置，所以最容易產(chǎn)生壁穿裂紋。在實(shí)際工程中需要對(duì)T型管節(jié)點(diǎn)裂紋的擴(kuò)展情況進(jìn)行計(jì)算，CTOD值是一個(gè)

3、很好的反映裂紋擴(kuò)展的參數(shù)。但是對(duì)于T型管相貫這種結(jié)構(gòu)的管節(jié)點(diǎn)裂紋CTOD值的計(jì)算過于復(fù)雜，所以我們要找到在什么情況下，可以用裂紋截面剛性固定管的裂紋CTOD值計(jì)算來代替T型管CTOD值，進(jìn)而對(duì)平臺(tái)的安全性進(jìn)行估算。
　　 本文采用有限元法來研究裂紋的鈍化過程，在有限元分析軟件ABAQUS中進(jìn)行裂紋尖端鈍化過程的模擬，然后對(duì)不同邊界條件下裂紋管件CTOD值進(jìn)行對(duì)比。第一章闡述了本課題研究的必要性和研究的主要內(nèi)容。第二章主要介紹了T

4、型管裂紋擴(kuò)展的原理和CTOD相關(guān)理論。第三章對(duì)ABAQUS裂紋鈍化建模的合理性進(jìn)行論證，通過一系列平板模型CTOD值與利用Dugdale方法算出的解析解相對(duì)比，得出使用有限元仿真軟件模擬裂紋鈍化及擴(kuò)展過程的是可能而且適用的。第四章對(duì)剛性固定管節(jié)點(diǎn)和T型管節(jié)點(diǎn)裂紋裂紋尖端應(yīng)力分布和周圍應(yīng)力的情況進(jìn)行了比較，討論了應(yīng)力分布對(duì)裂紋CTOD的影響。第五章對(duì)T型管節(jié)點(diǎn)在不同邊界條件下的CTOD值與平板管節(jié)點(diǎn)值的對(duì)比。最終通過一系列的對(duì)比和規(guī)律總結(jié)