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几种简单管节点应力集中系数研究

张秀峰  
【摘要】: 设计阶段一般采用S-N方法来评估海洋平台焊接管节点疲劳寿命,其中管节点最大应力通过应力集中系数快速获得,所以应力集中系数的正确确定对平台结构的安全性至关重要。现有经验公式如Kuang公式﹑NORSOK公式仅适用于简单管节点如K﹑X﹑Y﹑TX等形式,对复杂管节点的应力集中系数的计算并未涉及。设计中只能将复杂管节点的应力集中系数看成是简单管节点应力集中系数的叠加。本文研究的DTK、TK-K、TK-T和K-T型管节点来说,与相同尺寸的TK型管节点应力集中系数相比较,通常要大出许多,所以传统的计算简单管节点应力集中系数的经验公式并不适合这些管节点。因此建立这些管节点应力集中系数参数方程是非常有必要的。 本文在对简单管节点研究的基础上,运用软件ANSYS,用薄壁壳单元分析建立上千个用在平台结构中的承受轴向力﹑平面内弯矩和平面外弯矩三种荷载作用的DTK、TK-K、TK-T和K-T型节点,得出的结果数据,通过不定尺寸的节点几何比例γ﹑ξ﹑β﹑τ和θ建立函数,再通过非线性最小平方拟合得出一系列SCF的参数方程。这些参数方程可以用来确定这些管节点撑杆和弦杆围绕交界处的最大应力。 本文通过图﹑表形式分别分析ξ﹑β﹑τ和θ等各个参数对这四种节点在三种荷载作用下撑杆和弦杆SCF的影响,并将结果与相同尺寸的TK型节点经验公式所得撑、弦杆的SCF进行比较分析。 本文对这四种类型管节点应力集中系数参数方程的研究对以后研究其它复杂节点SCF和管节点设计有一定参考价值。


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