海洋平臺(tái)裂紋損傷柱殼的仿真方法及結(jié)構(gòu)特性研究.pdf

1、海洋平臺(tái)作為海洋開(kāi)發(fā)的物理支撐平臺(tái),其結(jié)構(gòu)的承載能力及安全性能成為全世界各國(guó)專家所關(guān)注的焦點(diǎn)。本文立足對(duì)海洋平臺(tái)的重要組成構(gòu)件--圓柱殼,在結(jié)構(gòu)損傷的條件下,使用兩種不同的方法,對(duì)圓柱殼的承載能力特性進(jìn)行系列分析、計(jì)算,為快速、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)含裂紋損傷的海洋平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)性能打下了一定基礎(chǔ)。
　　首先,介紹了基于半膜理論及Dugdale模型所得出的裂紋遠(yuǎn)離圓柱殼端部時(shí)圓柱殼彈塑性解析解的相關(guān)結(jié)果,對(duì)該結(jié)果進(jìn)行微分增量形式的過(guò)程推導(dǎo),得出了

2、裂紋處于不同階段狀態(tài)下,裂紋截面附加位移與載荷之間的矩陣關(guān)系,進(jìn)而形成了裂紋單元?jiǎng)偠染仃囆问?為有限元集成計(jì)算提供了高效的裂紋單元接口。利用該增量矩陣形式得出了一系列結(jié)論,包括裂紋長(zhǎng)度隨圓柱殼臨界CTOD與臨界CTOA特性對(duì)裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度的影響關(guān)系以及裂紋附加位移與不同載荷之間的關(guān)系曲線等。
　　其次,采用同裂紋位于遠(yuǎn)離圓柱殼端部類似的方法,通過(guò)對(duì)裂紋位于固定端的相關(guān)彈塑性結(jié)果進(jìn)行增量求導(dǎo),得出了不同階段下的附加位移載荷的增量裂紋單

3、元?jiǎng)偠染仃囆问?形成了新的裂紋單元接口形式。同時(shí),結(jié)合一定的數(shù)值計(jì)算處理方法進(jìn)行編程,計(jì)算出了該狀態(tài)下裂紋擴(kuò)展與載荷以及附加位移與載荷之間關(guān)系曲線圖,并與裂紋位于圓柱殼中間的情況進(jìn)行了對(duì)比,探討了二者之間的相互關(guān)系。
　　此外,利用大型有限元仿真軟件 ANSYS,探索了一種基于臨界 CTOD與臨界CTOA的仿真方法。具體包括對(duì)裂紋網(wǎng)格的劃分技巧、裂紋尖端位移的仿真處理方法、裂紋擴(kuò)展仿真與裂紋擴(kuò)展過(guò)程中加載流程方案等。通過(guò)此方法,基

4、于一簡(jiǎn)支圓柱殼模型進(jìn)行計(jì)算,得出了不同狀態(tài)下圓柱殼各部位的應(yīng)力分布情況、CTOD隨外載之間的關(guān)系曲線、位移載荷曲線圖等。
　　通過(guò)編程將上述裂紋單元與圓柱殼梁?jiǎn)卧M(jìn)行組裝、有限元集成,進(jìn)而用于實(shí)際的加載變形計(jì)算中。文章分析了不同裂紋長(zhǎng)度下圓柱殼的初始剛度,得出了初始剛度與裂紋長(zhǎng)度之間的關(guān)系,同時(shí)將同長(zhǎng)度裂紋下的初始剛度與實(shí)驗(yàn)裂紋擴(kuò)展中的剛度進(jìn)行對(duì)比,探討了用初始剛度推導(dǎo)擴(kuò)展中剛度的方法;另外,也得到了位移與外載之間的關(guān)系曲線等結(jié)果