海洋结构物管结点多轴疲劳仿真研究
海洋结构物工作环境恶劣，多处于风、波浪、海流复合作用下的场合。在这些载荷的长期作用下海洋结构物会产生疲劳损伤，随着疲劳损伤的累积会造成结构物的失效，产生安全隐患和经济损失。因此，对海洋结构物疲劳损伤破坏的研究意义重大。风、波浪、海流的复合作用使海洋结构物的受力呈现出多轴性，因此疲劳损伤也相应的表现为多轴性。相对于以往关于单轴疲劳的研究，多轴疲劳更加贴合海洋结构物的实际工作情况，因此能更准确的反映出其疲劳破坏机制。 大多数的海洋结构物都是由钢管焊接的，在管结点处钢管通过焊缝相互连接，由于管结点的结构形式以及焊接方面的影响，相贯线附近非常容易产生应力集中现象。因此，管结点的安全与否直接影响海洋平台的安全性能，管结点结构的疲劳破坏、脆性断裂会直接导致海洋结构物的失效，是海洋结构物关键的部位同时也是薄弱部分。为此，结合其工作环境，研究其多轴疲劳损伤具有重要意义。 随着海洋结构物的工作环境越来越深、海况越来越恶劣，找到一个与实际工况相符的多轴载荷模型以用于管结点结构的多轴疲劳分析及寿命预测是至关重要的。多轴疲劳的演化机制至今还有一些问题需要解决，没有形成学术界公认的理论体系。 本文根据现有的理论基础以及试验结果，主要讨论了海流、波浪载荷的数学模型，通过推导得出了它们对海洋柱状物载荷作用的计算方式。由于海洋结构物管结点大都工作在水面以下，因此借助Ansys软件建立起海洋平台模型并对其施加海洋载荷分析其动态、静态性能，并提取其中一段单独的K型管进行多轴应力及疲劳分析。初步讨论了在不同形式的多轴载荷之下，管结点的应力及疲劳寿命分布，着重研究了与实际情况最贴切的多轴载荷情况下K型管焊缝位置的应力和疲劳寿命特性，最后又计算了初始裂纹存在下材料的应力强度因子。通过本论文的仿真研究工作，为后续的复杂结构物多轴疲劳的仿真研究提供了前期铺垫。
海洋结构物;管结点;疲劳损伤;多轴载荷模型;钢管焊接
中国海洋大学
硕士
机械工程
刘贵杰
2013
中文
P755.1
72
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）