海洋平台T型管节点相贯焊缝外形尺寸研究

本文采用光弹性试验方法,对不同管径比的T型管节点,沿相贯线不同部位的焊缝结构形式的模型,进行了应力分析。并在测定不同参数的管节点相贯焊缝处应力集中系数的基础上,合理地设计了九种不同参数的T型管节点相贯焊缝的外形尺寸。这对海洋平台管节点抗脆性破坏性能和改善平台管节点相贯焊缝的疲劳寿命有着重要的作用。     

KK型管节点应力集中系数几何敏感性分析

KK型管节点是自升式平台桁架式桩腿中的一种管节点,其应力集中系数是影响桩腿疲劳寿命的重要参数。应力集中系数与管节点的几何形式密切相关,为分析KK型管节点应力集中系数对几何参数的敏感性,利用ANSYS软件对某KK型管节点进行几何参数化建模,利用有限元数值模拟方法对各工况下的热点应力进行分析,并分别计算各相应工况下的名义应力,然后将热点应力与名义应力相比得到不同几何参数下的热点应力集中系数。对计算结果进行整理分析,得到了KK型管节点应力集中系数对无量纲几何参数的敏感性规律。结果表明,应力集中系数与撑杆受力状态、管节点结构形式有关,在满足结构布置、建造工艺和其他安全性指标的前提下,分析结果能够为KK型管节点的结构设计和疲劳分析提供技术支撑。     

随机变幅载荷下焊接接头的海水腐蚀疲劳研究

海上平台经受的波浪力作用是随机变幅循环载荷,本工作采用板状焊接接头模拟管节点热点焊趾处的受力状态,并模拟实际海洋环境与加载条件,海水温度为20℃循环流动,阴极保护电位为-850mV.(SCF),加载频率为0.2Hz,应力比为-1,进行随机变幅载荷下的海水腐蚀疲劳试验,试验结果与常幅载荷下的腐蚀疲劳寿命作了比较。本文利用线性累积损伤Miner法则,以随机变幅加载下的腐蚀疲劳寿命进行了估算,结果表明,估算的寿命与试验数据很接近,效果令人满意。     

焊接节点低温疲劳试验与低温主S-N曲线的构建

为了拓展主S-N曲线法,使之更好地适用于低温、极地环境下船舶与海洋工程结构物的疲劳评估,进行了EH36材料T型焊接接头的低温疲劳性能试验,收集了国内外多个焊接节点低温疲劳数据,建立了疲劳试验试件的有限元模型,运用等效结构应力法,计算焊接节点的等效结构应力,构建低温环境下焊接节点的主S-N曲线。使用该曲线,预测低温疲劳试验的寿命,并与疲劳试验结果、常温主S-N曲线、常温中值D曲线的预测结果进行了比较,结果表明,所提低温主S-N曲线预测方法具有较高精度,可用于低温环境下船舶与海洋结构物疲劳寿命的预测。     

海洋平台T、Y型管节点的局部柔度分析

海洋平台管节点局部柔度对平台结构的名义应力、变形、构件的稳定性及振动周期、模态等均有不可忽视的影响,这一现象对深水平台尤为重要。对管节点局部柔度的研究,近年来已逐渐引起了注意。本文用半解析法对T、Y型管节点在轴力与面内弯矩作用下的局部柔度进行了计算,所得的结果与国外已有的经验公式与试验结果比较,证明是足够精确的,从而证明了本文的方法可准确有效地用以确定管节点的局部柔度。为了说明管节点局部柔度对平台结构的影响,文中给出了对一简单结构分别用传统方法和计及节点局部柔度的方法计算的结果及比较。     

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.     

管节点疲劳寿命估算的统计分析方法

本文用概率断裂力学的方法研究了海洋平台管节点的疲劳强度。对7个T型管节点的疲劳寿命试验进行了计算。在处理原始数据方面,本文提出了对疲劳裂纹扩展数据进行统一处理的方法。此外,还对各参量对寿命的影响进行了分析,并对与计算有关的一些问题作了讨论。     

T型管节点单内环加强强度研究

本文对T型管节点单内环加强后的应力分布、应力集中系数及极限承载能力进行了有限元计算和试验分析,提出了参数修正方法,为加强管节点的设计计算提供了依据。     

Truss Spar平台桁架管节点疲劳分析

Truss Spar平台在风、浪、流的作用下,结构受力十分复杂,准确分析其疲劳强度相当困难。通过建立Truss Spar平台三维有限元模型,利用HydroD软件进行载荷预报、波浪搜索,得到产生最大应力幅响应的最不利浪向和相位角。运用Sestra软件进行整体有限元分析,得到的结果作为桁架管节点细化模型的边界条件,再用Nastran软件进行局部分析求得节点的热点应力,修正壁厚影响。最后根据DNV规范的S-N曲线计算了管节点的疲劳寿命。     

TY型管节点局部柔度的参数分析及试验研究

由于海洋平台管节点的局部柔度对平台结构的静动力性能有重要影响，如何确定各类管节点的局部柔度成为一个重要的研究课题。本文用半解析方法计算了海洋平台中一类常见的管节点──ＴＹ型管节点的局部柔度，并用回归方法得出了计算ＴＹ型管节点局部柔度矩阵中各元素的参数公式。本文还介绍了对一组ＴＹ型管节点ＰＶＣ塑料模型进行的局部柔度试验。参数公式计算结果与模型试验结果的比较表明，本文得出的参数公式是基本可靠的，建议可在海洋平台总体结构分析中使用。     

套管加强T型管节点在平面外弯矩作用下极限强度分析

对用套管加强的T型管节点在平面外弯矩作用下的极限强度作了参数化分析。同时将相应的套管以及管节点的几何参数对极限强度的影响进行评估,并且和未加强的T型管节点作了比较。在计算结果中可以得出在管节点的弦管和撑管的连接处用合适的套管加强,可以将管节点在平面外弯矩作用下的极限强度提高到3倍多。     

安全叠接管节点在低周循环载荷下的破坏模式研究

采用实验和数值模拟方法研究了一种新型海洋平台管节点在地震载荷下的响应和破坏情况。采用拟静态循环加载模拟地震载荷 ,对真实尺寸的试件进行实验 ,研究局部屈曲和裂纹等对管接点抗震性能的影响。能量分析表明 ,发生在斜支管中的局部屈曲消耗了大部分输入能量。与现在使用的N型管节点相比 ,该新型管节点有较好的抗震性能。采用有限元数值模拟方法分析比较了不同尺寸配置下 ,该型管节点的响应曲线     

套筒参数对T型管节点受力特征的影响研究

在外界荷载作用下,管节点由于截面突变、应力集中等原因,往往在远低于其设计承载能力时发生破坏,本文针对这一现象,借鉴多高层钢结构建筑节点相关成果,对T型管节点端部采用套管进行加强,以达到改善应力集中、提高承载能力的目的。本文采用ansys软件研究了17个模型在轴向力作用下的极限强度变化规律,比较了用钢量与承载能力之间的对应关系,详细分析了加强套筒长度及厚度等参数对T型管节点极限强度的影响,成果表明采用套筒加强的方法,可大幅提高T型管节点的承载能力,且节点对套筒长度的变化更为敏感。     

考虑焊缝影响的管接头有限元分析

本文提出了一种用罚单元方法及虚梁法处理海洋平台管状接头分析中弱连接问题的方法。有效地用来考虑焊缝影响的管状接头应力分析。应用本方法对T型管接头进行了数值计算,计算的结果与实验结果相当符合。由于计入了焊缝对结点处应力分布的影响,本法较一般已有的算法更合理。本文还探讨了焊缝形状及尺寸对‘热点’位置及应力集中系数的影响。     

赵东油田老平台T型管节点极限承载力弱化规律研究

赵东油田一期建设的导管架平台在长达20年服役期内,长期承受恶劣的海洋环境载荷,将会产生裂纹和腐蚀等缺陷。此类缺陷的出现必然对平台结构,特别是管节点结构的极限承载力产生巨大影响。本文针对赵东油田ODA老平台典型T型管节点结构,通过建立考虑裂纹和腐蚀损伤的管节点非线性有限元模型,研究了管节点上出现的腐蚀和裂纹等损伤对其极限...     

深水钢悬链立管疲劳寿命评估分析

在时域内分析深水钢悬链立管在平台运动和波流载荷共同作用下的非线性动力响应;采用雨流计数法处理立管节点应力的时间历程,选用DoE.E型S-N曲线分析立管在单一海况和平台运动联合作用下的疲劳损伤;将各方向含概率分布的疲劳损伤进行叠加,得到立管整体的全方向疲劳损伤及疲劳寿命。平台的运动为六自由度的运动预报数据,波流载荷由某海域实际的波浪统计数据采用Morison公式计算所得。计算结果表明钢悬链立管疲劳寿命的极值点分别位于悬挂点附近和触地点附近,对立管疲劳寿命极值点各方向疲劳损伤分布情况进行了分析。所提方法为钢悬链立管疲劳分析提供了新思路,给出的结论对钢悬链立管设计分析有一定借鉴意义。     

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。     

高温环境中主管轴力对焊接圆钢管T节点承载性能的影响

利用有限元软件ABAQUS建立T型圆钢管节点热传导分析模型,通过与已有试验数据进行对比,验证了所建有限元模型的可靠性。利用提出的有限元模型分析了不同主管轴力作用下的T型圆钢管节点在火灾环境中的失效过程,研究了主管轴力对T型圆钢管节点临界温度的影响规律。分别讨论了采用屈服强度折减和弹性模量折减的方法预测T型圆钢管节点在高温下的极限承载力,并将预测结果和有限元分析结果进行了对比,给出了这两种方法用于工程设计时的建议。     

海洋平台的灌浆卡箍技术研究

在国内外文献研究的基础上，对钢质近海结构物的修理，加固方法做了较为深入的研究，利用丹麦学者N．S．Ottosen提出的多轴应力状态下混凝土强度理论Ottosen破坏准则，建立了钢与混凝土组合结构T型灌浆卡箍管节点的轴向受控，受压和面内弯矩作用下的非线性有限元计算模型，采用分级加载计算分析了相应的极限承载能力，并与试验结果进行比较分析，计算结果表明，经灌浆卡箍维修后的管节点应力分布，变形和极限承载能力都得到了明显的改善，所得结果较好地反映了实际结构的力学特性。     

冰激直立腿海洋平台疲劳寿命分析

由于渤海特殊环境条件与油藏分布决定了该海域导管架油气平台属于典型的柔性抗冰结构。多年现场观测发现,该类结构存在显著的冰激振动现象。冰振不仅能激起较大的甲板加速度响应,还会引起明显的导管架管节点交变应力。在结构设计与安全保障中进行疲劳分析及寿命估计是必要的。对于直立腿抗冰结构,精确的冰激疲劳寿命计算方法还不成熟。基于多年的现场监测,首先分析了冰与直立腿抗冰结构相互作用过程;其次,提出了冰激直立腿平台的疲劳寿命分析流程;最后,选取渤海某典型直立腿平台,利用ANSYS数值模拟,对比了稳态冰力和随机冰力下结构的疲劳损伤,进而计算出疲劳寿命。本研究为寒区柔性结构抗冰设计与安全保障提供了理论基础。