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Y型管节点数值模拟及疲劳强度分析

王雷  
【摘要】: 管节点正在被广泛的应用于海洋工程的支撑结构,Y型管节点是其中最简单的一种,它是由支管和弦管焊接而成,其交接处周围的刚度是不均匀的,会导致此区域的应力集中。目前国内外对管节点疲劳使用寿命的预测方法基本上都采用S-N(应力幅-循环次数)曲线法,它只能估计节点从投入使用至产生初始裂纹这段寿命,无法估计裂纹从产生到扩展至穿透管壁这段残余寿命,这对于节点的整体寿命来讲无疑是过于保守的。 本研究用VISUAL FORTRAN语言分别对无裂纹Y型管节点和含表面裂纹Y型管节点进行了节点和单元划分,并用ABAQUS软件进行分析计算,为管节点残余寿命的研究提供了较为可靠的工具。在此研究中,一种新的模型生成方法被用于建模之中,此法可以生成在焊脚周围任意裂纹的Y型钢管节点模型。通过此法可以得到两种模型,一种是用3-D实体单元模拟的不含裂纹的Y型管节点有限元模型,一种是用不同实体单元模拟的带表面裂纹的Y型管节点模型。 通过模型计算管节点的应力强度因子(SIF)时,通过加密网格的方法,可以看出两种不同密度网格所得到的SIF的值是趋于收敛的,从而验证了此有限元网格模型的可靠性。 通过以上模型,在以后的研究中,可以对管节点进行更为方便而精确的模拟,从而推导出更为贴近实际的应力强度因子(SIF)的计算公式,得到含表面裂纹管节点的更为合理的疲劳寿命。


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