焊接钢接头的海水腐蚀疲劳试验研究

本工作进行了板状焊接钢接头在空气中的常幅疲劳试验;和在海水中的常幅腐蚀疲劳试验(加载频率为0.2Hz,应力比 R=-1,海水温度～20℃,阴极保护负电位～850mV,SCE)。将两者试验结果比较,初步表明,钢接头海水腐蚀疲劳的平均寿命约为空气中的1/2到1/3。本工作还进行了焊缝经过 TIG 熔修的试件的试验,初步结果表明,TIG 熔修处理明显地增加了焊接接头的海水腐蚀疲劳(有阴极保护)寿命.     

基于循环孔洞扩张模型的X型圆管节点超低周疲劳寿命预测

海洋工程钢结构在服役过程中,受风、浪、流或地震等极端循环载荷的影响,易发生超低周疲劳断裂破坏,造成人员伤亡及财产损失,因此超低周疲劳断裂分析及寿命预测对于海工结构安全性评估至关重要。然而,现阶段基于累积损伤理论提出的多种超低周疲劳寿命预测模型无法对多尺度节点实现统一预测,造成了实际工程应用的不便。因此文中基于循环孔洞扩张模型开展X型圆管节点超低周疲劳寿命预测。首先,开发了基于循环孔洞扩张模型的VUSDFLD程序,实现ABAQUS与FORTRAN子程序联合应用,利用有限元分析验证循环孔洞扩张模型在X型圆管节点超低周疲劳断裂分析中的有效性;其次,根据多组X型圆管节点超低周疲劳断裂有限元分析结果,在宏观层面提出了一种基于Manson-Coffin公式的超低周疲劳寿命预测公式;最后,依据Miner理论,将适用于等幅加载的超低周疲劳寿命公式扩展至变幅加载情况,验证了多种节点尺寸下超低周疲劳公式的适用性,为工程应用提供了理论依据。     

基于人工神经网络的混凝土疲劳寿命估算

把决定混凝土疲劳寿命的应力水平，应力比，加载频率和描述随机性的破坏概率作为神经网络的输入，以疲劳寿命作为网络的输出，用网络结构描述它们之间的非线性关系，利用实验数据样本完成了网络的训练，并对模拟样本进行了估算，实例计算了结果表明，利用已有疲劳试验数据训练好的人工神经网络进行混凝土疲劳寿命估算，可部分代替冗长，昂贵的疲劳实验。     

平台钢焊接接头在海洋中的腐蚀疲劳研究

随着近海石油开采事业的迅猛发展,我国已自行设计和建造了许多固定式导管架钢结构海上平台,它们在海洋环境中承受着波浪引起的交变载荷作用,与惰性环境中承受交变载荷条件下得到的疲劳结果相比,交变载荷与侵蚀性环境的联合作用往往导致疲劳性能显著下降。这种损伤可能是疲劳开裂和腐蚀性破坏的简单叠加,也可能是这两者之间某些更为复杂的协同交互作用的结果(贾斯克,1989)。钢结构海上平台是由钢构件(如钢管、钢板、角钢等)焊接而成,海水腐蚀疲劳裂缝大都产生于焊缝区的焊趾处,该部位存在焊接残余应力,以及焊接缺陷和儿何缺陷,形成应力集中。本文通过对海上平台用钢板在空气中、海水中和海水中有阴极保护三种条件下腐蚀疲劳性能的研究,探讨了钢材在海上平台不同部位、不同保护状况下的腐蚀疲劳寿命,为海上采油平台设计与选择提供了理论依据。     

大型深海高压环境模拟系统筒体疲劳破坏分析

高压环境模拟系统作为深海设备结构强度与密封性能检测系统,其受到90MPa的交变载荷作用,破坏形式为疲劳破坏。本文首先利用ANSYS Workbench软件对压力筒进行了静力学分析,分析了压力筒在载荷作用下的危险区域。通过理论计算与ANSYS workbench模拟结果的比较,验证了模拟结果的准确性。运用名义预应力寿命法对筒体的疲劳寿命进行了理论计算,证明了ANSYS Workbench在疲劳分析中的可行性。筒体在90 MPa不同压力下循环次数的模拟,对压力筒在工作过程中的保养和维护具有一定的借鉴意义。     

FPSO典型焊接接头残余应力释放数值预报

浮式生产储油卸油船(FPSO)经历满载和卸载,油船试验和多变的波浪载荷.此时结构中较高的初始残余应力常常已被释放,很大程度上影响了此类结构疲劳强度估算准确性.应用三维弹塑性有限元方法模拟FPSO典型焊接接头的残余应力释放,并用试验数据进行验证.对结构在变幅循环载荷下的残余应力释放进行研究,得到相关的残余应力释放预报公式.从而为提高FPSO在实际载况下疲劳强度估算准确性提供有价值参考.     

基于EIFS和P-M的海底管道腐蚀疲劳寿命预测

鉴于腐蚀疲劳损伤的特殊性,研究了点蚀过程和腐蚀疲劳裂纹扩展过程。基于等效初始缺陷尺寸(EIFS)和线性累积损伤理论(P-M)方法,消除了点蚀形核、蚀坑生长及腐蚀疲劳短裂纹扩展对腐蚀疲劳寿命预测的影响;避免了基于单点蚀坑建立的腐蚀疲劳寿命预测表达式的弊端;合理地简化了随机荷载下腐蚀疲劳寿命的预测流程。利用现有试验数据,对基于EIFS和P-M方法建立的腐蚀疲劳寿命预测表达式进行了模型验证。结果显示,所提模型的有效性和合理性得到了验证,为工程实际中海底管道的腐蚀疲劳寿命预测提供了一种可行方法。     

系泊链海水疲劳性能初步研究

通过试验研究了直径最大到187 mm的R4和R4S级系泊链在人工海水中的疲劳性能。根据疲劳试验得到了相应载荷振幅下的疲劳循环次数,并将结果和DNVGL OS-E301及API RP 2SK中的设计曲线进行了比较和分析。通过链环有限元计算,结合实际试验结果,验证了链环在拉伸载荷下的应力分布和断裂热点,为进一步分析系泊链疲劳失效机理和海洋平台系泊系统设计提供了有效的试验数据。     

板厚对焊接接头在空气中和海水中疲劳性能的影响

本文讨论了国产海上平台用钢E36—Z35的十字型板状焊接接头在空气中和海水中的弯曲疲劳试验,试件厚度分别为16mm、32mm和40mm。试验结果表明:板厚的增加使焊接接头在空气和海水中的疲劳强度均明显降低,并建议在空气中的疲劳强度修正式公式为△S=△S_0(t_0/t)~(1/3)和疲劳寿命厚度修正公式为N=N_0(t_0/t)~(4/3),在海水中的厚度修正公式为△S=△S_0(t_0/t)~(1/4)和N=N_0(t_0/t),相比之下,厚度对海水腐蚀疲劳强度的影响比在空气中稍小一些;对于板厚为16mm和40mm的焊接接头试件在海水中的疲劳寿命和空气中的寿命相应为36％和57％,可见随着板厚的增加,海水腐蚀疲劳寿命比空气中寿命的缩短要少一些。本文还从断裂力学方法出发,讨论了板厚影响焊接接头疲劳寿命的原因。     

随机载荷作用下平台结构疲劳寿命预测

海洋等工程结构物在服役过程中的受载历程是一个随机过程。研究裂纹在谱载荷作用下的扩展规律对可靠预报平台等结构物的疲劳寿命具有十分重要的意义。提出了一个由应力比和裂纹尖端约束及塑性区尺寸为主要参数计算裂纹张开比,来考查载荷相互作用下疲劳裂纹扩展寿命的计算模型。用该模型对几种谱载荷作用下疲劳实验结果进行了预测,将预测结果与不考虑裂纹闭合的线性损伤模型及疲劳计算程序FASTRAN的预测结果进行了比较,表明本模型能较好地预测谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展。     

海洋工程结构物疲劳分析和寿命估算方法概述

本文深入地分析和讨论了海洋工程结构物的疲劳分析和寿命估算方法。疲劳分析包括海洋工程结构物的原始资料、所受载荷、材料特性、结构布局、应力集中以及疲劳累积损伤等的分析。疲劳寿命估算包括疲劳裂纹形成阶段和疲劳裂纹扩展阶段寿命的估算方法。最后还对今后这些课题的研究提出了建议。     

国产Z向钢制造的海洋平台管节点的疲劳性能

本文介绍了由中国海上平台管节点研究委员会组织的,用国产Z向钢制造的系列管节点的疲劳试验。包括国产Z向钢的基本性能、管节点疲劳试验的规模、内容与疲劳寿命。根据试验结果求得的S—N曲线,经与国外的比较证明,由国产材料制造的管节点有良好的疲劳性能。板厚效应与海水腐蚀对疲劳强度的影响在文中亦简要地说明了。     

模拟海洋大气腐蚀试验方法的研究

本文以不同浓度的天然海水、人造海水和氯化钠溶液对五种钢材进行了试验,结果表明,采用天然海水喷雾模拟性和试验重现性为最佳,腐蚀形态与海洋环境腐蚀结果基本一致·     

深海管道钢的腐蚀疲劳裂纹扩展特性试验研究

采用侧壁开槽型CT试样,分别在空气和3.5%NaCl溶液中进行腐蚀疲劳裂纹扩展试验,研究海底管道用钢X65在海水腐蚀环境下的腐蚀疲劳裂纹扩展特性。为保证试样既能满足腐蚀疲劳试验机的夹具要求,又可控制裂纹沿直线方向扩展,采用侧壁开槽技术对CT试样进行改进;利用有限元软件ABAQUS,建立三维模型,验证了对于侧壁开槽型CT试样,可以采用ASTM标准推荐的应力强度因子表达式对改进后CT试样开展数值计算。利用YYF-50腐蚀疲劳试验装置开展试验,试验结果表明:和惰性环境相比,腐蚀环境不仅会加速X65钢的裂纹扩展速率,还会降低腐蚀疲劳体系下裂纹扩展的门槛值;在腐蚀体系下存在裂纹扩展的稳定阶段,可采用Paris公式对其腐蚀疲劳裂纹扩展速率进行预测。     

深水半潜式平台结构关键节点疲劳破坏机理试验研究

深水半潜式平台结构在深海环境荷载及作业动荷载的作用下容易产生疲劳损伤累积,加速疲劳裂纹扩展,导致结构发生疲劳破坏。对深水半潜式平台横撑部位的两类关键节点进行了疲劳试验研究,分析了关键节点的疲劳破坏现象、疲劳破坏过程以及疲劳裂纹扩展规律。试验结果表明:应用规范给出的裂纹扩展模型和参数估算关键节点的疲劳寿命低于试验所得的疲劳寿命,说明应用规范给出的裂纹扩展模型和参数估算节点的疲劳寿命比较安全;根据疲劳试验结果建立的关键节点的S-N曲线参数与DNV规范给出的较为吻合;关键节点焊趾处的ε-N关系曲线可以反映出关键节点疲劳破坏的三个阶段破坏规律。研究结果为有效地预测平台结构关键节点的疲劳损伤程度,及时进行维修加固延长结构的使用寿命提供参考。     

基于有限元方法的柔性立管防弯器疲劳寿命分析

防弯器是柔性管系统中的一个关键附件,其与柔性立管相互作用带来的非线性问题使得预测其疲劳寿命十分困难。以南海某油田柔性立管防弯器为例,采用ABAQUS建立了柔性立管与防弯器的“管中管”分析模型,模型中考虑了两者之间的间隙和滑动摩擦,以及材料非线性和接触非线性等因素。在加载方式上利用“位移”载荷取代传统的“力—角度”载荷,更符合工程实际。利用防弯器材料的ε-N疲劳试验曲线,结合防弯器的应力分析结果,得到危险截面的疲劳寿命。考虑材料非线性的管中管模型和疲劳寿命的计算方法,可为今后运动监测数据的利用和防弯器的优化设计提供借鉴。     

非黏结柔性管道抗拉铠装层腐蚀机理与安全评价研究进展

非黏结柔性管道是海洋油气开发的重要装备,在海水环境中,抗拉铠装层发生腐蚀会对安全运行产生严重威胁,因此明确抗拉铠装层腐蚀机理、对柔性管道的检测和对抗拉铠装层的腐蚀评估十分重要。抗拉铠装层腐蚀与环空的气体环境和水环境有关,采用合适的检测方法和设备检测环空,可以帮助判断其腐蚀情况,并为腐蚀疲劳寿命评估和应对策略制定提供参考。针对抗拉铠装层腐蚀机理、非黏结柔性管道检测、腐蚀疲劳寿命评估和腐蚀应对措施进行了总结,指出机理研究和检测评估方法的不足,为国内柔性管道抗拉铠装层腐蚀研究和完整性管理提供参考。     

海水环境下钢筋混凝土人工鱼礁的耐久性寿命预测

根据人工模拟的流动海水环境(流速约为0.15m/s)下的混凝土侵蚀试验测得的混凝土中氯离子质量分数,分别测定了腐蚀350,380,400d后混凝土的氯离子扩散系数,并计算和预测了混凝土人工鱼礁的耐久性寿命。研究结果表明:氯离子在混凝土人工鱼礁中的扩散规律基本上遵循Fick第二定律;钢筋混凝土人工鱼礁的耐久性寿命与保护层厚度的平方成正比;海水盐度对混凝土人工鱼礁的耐久性寿命影响较大。     

压弯载荷下焊趾表面裂纹工程萌生寿命预测

首先定义焊趾处从无裂纹到检测到表面裂纹长度达到 1.5mm时对应的循环次数为裂纹“工程萌生寿命”。给出了基于修正Neuber法并考虑焊接残余应力等影响的焊接结构焊趾裂纹工程萌生寿命计算方法。用成一定角度对接焊板试件和轴向加载获得压弯组合应力 ,以 980钢板焊接件为试件 ,在压弯组合应力的作用下 ,对焊趾表面裂纹萌生寿命进行了实验研究 ,确定了焊趾处的疲劳缺口系数。该结果可用于疲劳热点部位的受力特征为压弯组合应力的潜艇耐压壳、压力容器等的某些重要焊接结构疲劳计算     

循环荷载作用下基础阻尼变化对海上风机单桩基础疲劳寿命的影响分析

在长期风浪循环荷载作用下,海上风机单桩基础的基础阻尼会发生变化,疲劳寿命受到影响。对于此问题,目前还缺乏足够的研究。本文针对砂性土中海上风机单桩基础,基于Abaqus软件平台建立其疲劳损伤分析模型,桩-土相互作用采用非线性弹簧模拟,风和波浪荷载由FAST程序分别基于Kaimal谱和Jonswap谱计算,最后采用S-N曲线和Miner线性疲劳累积损伤原则计算单桩基础在风机运行和停机等不同工况下的疲劳损伤和疲劳寿命。结果表明:基础阻尼由2%减小到0.5%,海上风机单桩基础的疲劳寿命从27.3年减少到17.7年。在停机状态下,基础阻尼的减小对海上风机单桩基础的疲劳寿命的不利影响更为显著。在设计使用期内,额定风速附近工况导致的疲劳损伤较大。在海上风机单桩基础疲劳设计时,考虑长期循环荷载作用下基础阻尼减小的不利影响是非常有必要的。