海洋平臺管節(jié)點裂紋損傷邊界處理簡化方法.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，海洋石油鉆井平臺得到了迅猛發(fā)展。其中的部分海洋平臺主要結(jié)構(gòu)是頂部平臺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)來進行平臺連接和支撐。這種管與管相貫的結(jié)構(gòu)承受著總體結(jié)構(gòu)中大部分的應力。由此可見管件在整個平臺結(jié)構(gòu)中占有比較重要的地位。在平臺的制造過程中，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，更易受到腐蝕和風浪

2、載荷的影響。久而久之，在風浪等循環(huán)載荷的作用下，管節(jié)點處的焊縫就有可能發(fā)生塑性變形。當這種塑性變形到達一定的程度，就會在圓管的表面產(chǎn)生裂紋。在這個過程中，雖然整體應力遠低于彈性極限，但是由于應力集中，在雜質(zhì)和缺口處的局部應力也可以超過屈服極限。應此，這就會在很小的范圍內(nèi)發(fā)生局部塑性變形。T型管節(jié)點處的焊縫是整個海洋平臺結(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。在實際工程中需要對T型管節(jié)點裂紋的擴展情況進行計算，CTOD值是一個

3、很好的反映裂紋擴展的參數(shù)。但是對于T型管相貫這種結(jié)構(gòu)的管節(jié)點裂紋CTOD值的計算過于復雜，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值計算來代替T型管CTOD值，進而對平臺的安全性進行估算。
　　 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中進行裂紋尖端鈍化過程的模擬，然后對不同邊界條件下裂紋管件CTOD值進行對比。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、型管裂紋擴展的原理和CTOD相關(guān)理論。第三章對ABAQUS裂紋鈍化建模的合理性進行論證，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比，得出使用有限元仿真軟件模擬裂紋鈍化及擴展過程的是可能而且適用的。第四章對剛性固定管節(jié)點和T型管節(jié)點裂紋裂紋尖端應力分布和周圍應力的情況進行了比較，討論了應力分布對裂紋CTOD的影響。第五章對T型管節(jié)點在不同邊界條件下的CTOD值與平板管節(jié)點值的對比。最終通過一系列的對比和規(guī)律總結(jié)