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凹陷损伤立管的极限强度和疲劳寿命分析

余折  
【摘要】: 立管作为现代海洋工程结构系统中重要的组成部分之一,同时也是薄弱易损的构件之一,在内部流体和外部环境载荷的作用下会发生碰撞,疲劳损伤和断裂失效,造成破坏,这不仅使工程本身遭受损失,而且可能造成严重的灾害。所以研究已发生凹陷损伤的立管的极限强度和疲劳寿命有着十分重要的意义。本文采用有限元方法研究凹陷立管的极限强度和疲劳寿命。 以楔形凹陷损伤的立管为研究对象,分析其在轴向拉伸力和纵向弯矩共同作用、外压和纵向弯矩共同作用下的极限强度,绘制出极限拉伸力-弯矩包络线和极限外压-弯矩包络线;结果表明:立管在轴向拉伸力和纵向弯矩共同作用下,只要轴向拉伸力在合适的范围内,凹陷对立管极限强度的影响非常小;一定的外压可以提高楔形凹陷损伤立管的极限弯曲强度。 为研究轴向拉伸力对楔形凹陷立管的极限强度的影响,本文分析楔形凹陷的立管在一定的轴向拉伸力,纵向弯矩和外压共同作用下的极限强度,绘制极限压强-弯矩包络线,结果表明:初始轴向拉伸力的存在,使在立管在外压较小时,极限强度提高。凹陷深度越大,初始轴向拉伸力的存在对立管的影响越大。 本文还分析了在轴向拉伸力或纵向弯矩单独作用下,立管的最大凹陷深度、损伤区域长度、管壁厚度这些参数对楔形凹陷立管的极限强度的影响;结果表明:最大凹陷深度的增加使立管的极限强度大大减少;凹陷区域长度的变化对立管极限强度的影响不大;增加立管管壁厚度会大大提高立管的极限强度,但管壁越厚,凹陷损伤对立管极限强度的影响越大; 本文通过接触分析,使立管在球面压头作用下形成球面凹陷。对有球面凹陷损伤的立管,不考虑残余应力的影响,分析其在轴向拉伸力、纵向正弯矩或外压单独作用下的极限强度,以及最大变形截面的不圆度对其极限强度的影响。结果表明:和楔形凹陷损伤立管一样,随着凹陷深度的加大,立管的极限强度明显减小;极限外压随着不圆度的增加而大大减少。 最后分析在恒幅疲劳载荷作用下,不同的最大凹陷深度和凹陷影响区域的长度对楔形凹陷立管的疲劳寿命的影响。结果表明:最大凹陷深度的增加使立管的疲劳寿命大大减少;凹陷区域长度的变化对疲劳寿命的影响较大;


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