海洋平台T型管节点应力集中系数研究

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基于海洋平台管节点的结构可靠性分析

江苏科技大学硕士学位论文基于海洋平台管节点的结构可靠性分析姓名：王辉辉申请学位级别：硕士专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：窦培林 20070318
摘要
基于海洋平台管节点的结构可靠性分析摘要
管节点是海洋平台结构关键的部位，同时也是最薄弱的构件。节点处应力高度集中，极易发生疲劳破坏、冲剪破坏以及其它形式的破坏。一旦节点发生破坏，可能会导致整个结构失效。因此，管节点强度设计和可靠性分析是当前海洋结构基本性能研究的主要方向，也是保证平台结构安全的重要问题。本文主要通过对渤西 QK18-2 导管架平台进行节点和体系可靠性计算分析，寻找平台最不利的节点和荷载工况组合，为合理设计海洋平台结构和现役平台的科学评估提供分析方法和理论依据。本论文主要包括以下内容：运用大型结构有限元分析软件 MSC.Patran / Nastran ，选用四边形壳单元对 T、Y 型圆管节点进行了弹塑性大挠度分析。通过观察节点应力和塑性区分布扩展规律，揭示节点受力性能，并选择影响圆管相贯节点的承载力的主要因素，对其承载力性能进行研究，从而找到极限承载力随其几何参数的变化规律，获得一些有益的结论，为节点的强度设计和可靠性分析打下基础。运用 MSC.Patran 建立了渤西 QK18-2 导管架平台整体结构有限元模型，计算了平台的环境载荷，并按照规范进行了荷载组合，确定了结构计算分析的主要工况。在建立的平台整体有限元模型的基础上，运用 MSC.Nastran 计算了各种荷载组合工况下平台的整体结构应力。通过对平台整体结构的应力分析，并结合节点极限承载力随其主要参数变化的规律，完成了平台应力幅较大的典型管节点的选取。根据 API 有关规范，对典型管节点进行了强度校核。这是进行节点强度可靠度计算分析的前提。对渤西 QK18-2 固定式平台进行节点和体系可靠性分析。首先依据 QK18-2 平台附近海域长期统计分布资料，应用 Monte − Carlo 模拟方法确定了平台可靠性分析中诸多随机变量的统计参数和概率分布函数，然后基于可靠度理论，选用中国海洋石油天然气行业标准《海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法—荷载和抗力系数设计法》（SY/T 10009-2002）中关于管节点强度校核的极限状态函数，运用 JC 法计算了 QK18-2 平台结构典型管节点的强度可靠度指标和相应的失效概率。最后根据 Sigurdsson 等人提出的可靠度计算公式，采用等效荷载法对平台结构体系可靠度进行了近似分析，提出了平台系统的失效评判准则。

K节点应力集中系数的试验和数值研究方法

ｓｈａｏⅢ１提出了模拟Ｋ节点焊缝尺寸的方法。这种方法也应用于估算Ｔ和Ｙ型节点焊缝大小口“。下面比较详细地介绍这种模拟焊缝的方法。
图１显示了一个典型的Ｋ节点，并表明了沿着焊缝处的几个关键部位（跟点、鞍点和冠点）以及经
常使用的几个无量纲化几何参数（届弦而鲫回。
在工程实践中使用的Ｋ型节点，通常两个支管的直径和厚度是相同的，但两个支管和主管之间的夹角可以不相同。
焊缝尺寸乃和乃的大小应遵循一定的焊接规范。在本文中，按照美国焊接协会（Ａｗｓ）规范ｎ１】进
行焊缝尺寸的模拟。疋的大小可以有下面的公式进
行计算：
五２也×气
ｎ１
妒斟＿（箍］ｍ］㈤
在式（１）和式（２）中，岛为支管厚度，岛ｓ。是一个比例
因子，最为支管与主管之间的最小夹角，ｍ是一个
常数。
同样，乃也可以通过下列公式得到：
Ｓ－Ｎｃｕｒｖｅ，血ｅｎｕｍｂｅｒｏｆｆａｔｉｇｕｅｌｏａｄｉｎｇｃｙｃｌｅｓ血ａｔｍｅｊｏｉｎｔｃａＩｌｓｕｓｔａｉｎｂｅｆｏｒｅｆａｉｌｕｒｅｃａＩｌｂｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ血ｅＨＳＳｒａｎｇｅ．ＴｈｅＨＳＳｒａｎｇｅｉｓｆｒ钿ｕｅｎⅡｙｃａｌｃｕｌａｔｅｄｆｒｏｍａｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｌｌｅｄｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｆａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ（ｓｃＦ）．Ｉｎｔｔｌｉｓｓｔｕｄｙ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｅｓｏｆ血ｅｓｃＦｓｏｆ“ｌｂｕｌａｒＫ００ｉｎｔｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｂａｓｉｃ１０ａｄｉｎｇｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅｓ仃ｃｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｎｏｎｓａｌｏ“ｇｍｅｗｅ】ｄｔｏｅａｎｄｍｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｐｅａｋＳｃＦｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅＫ００ｉｍｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｄｉｆ艳ｒｃｎｔｂａｓｉｃｌｏａｄｉｎｇｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｂｕｌａｒｊｏｉｎｔｓ：ｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ（ｓｃＦ）；ｎｕｍ甜ｃａｌａｎｄｅｘｐ甜ｍｅｎｔａｌａｎａｌｙｓｅｓ；ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ；

导管架平台T型节点疲劳分析及试验研究

导管架平台T型节点疲劳分析及试验研究戴伟顺;张充霖;张伯莹;叶谦;白勇【摘要】对典型导管架平台的关键节点的疲劳性能进行试验研究,建立某导管架平台整体结构的整体有限元模型,分析了结构整体性能并确定了其中的关键疲劳节点.对关键的疲劳节点建立子模型进行分析,在此基础上,进行试验研究.分析结果表明,有限元的分析结果对试验研究起到指导作用,通过对裂纹破坏的研究,对认识导管架平台的关键部位节点的疲劳破坏过程具有重要的参考意义,文中的研究可为进一步的海洋现场试验工作提供理论依据.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2019(041)002【总页数】4页(P38-40,49)【关键词】导管架平台;关键节点;疲劳分析;试验研究【作者】戴伟顺;张充霖;张伯莹;叶谦;白勇【作者单位】浙江大学建工学院,杭州310058;中海石油技术检测有限公司,天津300452;中海石油技术检测有限公司,天津300452;浙江大学建工学院,杭州310058;浙江大学建工学院,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】TU311.20 引言随着大陆油气资源的日益枯竭，开采海洋石油的需求越来越旺盛，开采油气资源离不开海洋平台。

作为海上生产和生活的工具，平台的结构安全性至关重要。

在开采历史上，曾发生过惨痛的平台事故，比如因为平台疲劳失效导致事故的亚特兰大基兰号。

处于海洋环境中的导管架平台，长期承受随机波流载荷的作用，在交变载荷的作用下，平台的构件极易产生疲劳裂纹、发生疲劳破坏，从而威胁整个平台的安全，并使得疲劳破坏成为船舶与海洋工程结构主要的失效形式之一。

疲劳问题成为国内外学者关注的问题,国外的T.M.Madhavan Pillai和A.Meher Prasad通过断裂力学理论对固定的导管架平台结构疲劳可靠性进行了研究[1]；Fathi.A和AghakouchakA.A利用试验结果和神经网络数值模型预测节点裂纹开展的方向和估算疲劳寿命[2]；N.Diaye.A,Hariri S等通过有限元分析方法对海洋结构焊接节点的热点部位强度变化规律进行了研究[3]。

海工钢管结构环向焊缝应力集中系数研究综述

海工钢管结构环向焊缝应力集中系数研究综述佚名【摘要】本文基于国内外大量文献,主要从理论推导、数值模拟如下两方面对其进行综述,并提出下一阶段有待解决的重点问题,为后续钢管桩焊接设计提供参考.【期刊名称】《港工技术》【年(卷),期】2018(055)006【总页数】5页(P33-37)【关键词】高桩码头;焊接;数值模拟;理论推导;应力集中系数【正文语种】中文【中图分类】TU392.3引言在深海工程中，桩基的接长，通常是在两相邻管段间施加一道或多道焊缝（图1）。

为了更好的保证焊接的质量，一般是以管段的方式对其进行预制、拼装、焊接，整套流程在加工厂或预制场中进行，焊接完成后以吊装的形式运用于实际工程中。

焊缝的形式多种多样，概括起来，主要分为单边焊缝、双边焊缝、V型-焊缝，其中V型-环向焊缝因其焊接强度高而得到设计者的关注[1-3]。

在多数情况下，由于两相邻管段的同心度、圆度、及管节偏位的差异将导致几何失调的现象产生，这一原因将会使得焊缝处产生较大的附加弯矩，导致焊缝处的热点应力显著增大，特别是在焊根位置处（即OMTP点处），如图2所示，从而影响了结构的疲劳寿命。

因此，热点应力对焊缝的影响应在结构的疲劳设计中进行重点的考虑，从而提高结构的可靠性，使结构的寿命得到进一步保障。

目前，推求焊缝处热点应力常采用的方法是，将其名义应力乘上应力集中系数（SCF）[5-10]，但由于几何失调的复杂性和钢管在加工中一些不可控制的因数，去寻求SCF的精确解仍是非常困难。

平板理论解一种较为保守的求解方法，大量的在工程中使用，尤其是针对轴向荷载作用下的等壁以及非等壁厚的钢管，但对弯矩的研究还相当有限，近期李怡[11]等人基于平板理论对等壁厚的钢管在弯矩的作用下给出了相应的求解方法，为焊缝在复杂工况下的研究做出了贡献。

但从平板理论解中不难看出，钢管的厚度、半径、以及中心偏位、过渡段长度等因数对焊缝处的热点应力有十分显著的影响。

虽然现有的研究已取得了一些成果，但其内在响应还需深入的研究。

海洋平台TT型管节点的极限强度分析

3 基金项目 : 国家自然科学基金 (10142001) ,山东省自然科学基金 ( TM05SJ 04) 来稿日期 :2005210225 修回日期 :2006207222 第一作者简介 : 曲淑英 ,女 ,1963 年生 ,烟台大学土木工程学院 ,教授 ; 研究方向 — — — 结构工程数值分析。E2mail : qsy_qu @163. co m
2 2
其中 : T2 是焊缝外部厚度 ; k2 是外部交线修正因子 ; θ FOS outer 是比例因子 ; m 是一个常数 ; s 是最小交线夹角。经过修正以后 , 焊趾部分的外部交线方程可以写为 β ZW 0 = ZA 0 + T2 co s 0 β Y W 0 = Y A 0 + T2 sin 0
表1
R/ mm r/ mm
图7
节点应力变形图
承载能力 P 达到最大值为 926kN , 之后随位移 U 的增大节点的承载能力有所下降。所以该 T T 节点在轴向力作用下的极限承载能力为 926kN 。
Байду номын сангаас
4 参数影响
) 和两个材料参数五个几何参数 ( T ,φ,γ,β,τ ( σ σ y , u /σ y ) 对 T T 节点极限强度的影响 , 分别计算了 64 组模型 , 得出了各参数对 T T 节点极限强度的影响规律。其中各参数对应的数值区间如下所示。 T : 10mm ～ 20mm ;τ: 01 5 ～ 11 0 ;γ: 6 ～ 24 ;β: 01 5 ～ 01 8 ;θ: 60° ～ 120° ;σ y : 200M Pa ～ 345M Pa ; σ 1 2 ～ 11 5 。 y : 1
图1
T T 节点有限元网格图

海洋平台井口管道应力及其影响因素分析

海洋平台井口管道应力及其影响因素分析摘要：海洋平台是指海上采集油气平台，安装在海洋之上，用于处理从海下开采出来的石油或天然气，由于在海洋之中，不确定因素太多，会受到很多方面的影响，远比在陆地上的环境要复杂得多，而井口又是输出石油或天然气的地方，对安全度的要求非常高，因此对于井口的管道要求更高。

本文阐述了海洋平台及管道应力的概念，对影响海洋平台井口管道应力的关键因素进行了论述，并对应力分析过程进行了探讨。

关键词：海洋平台；井口管道；应力；影响因素前言管道应力的分析不够全面准确会影响到管道的使用，导致可能造成管道的弯曲与扭转，甚至破裂，因而出现安全事故，造成人员的伤亡或经济损失，或者是石油或天然气渗入到海洋中，污染到海洋环境。

因此，海洋平台井口管道在建设前的数据分析非常重要，直接影响到管道工作时的安全。

为确保海洋平台井口管道的可靠性和安全性，使用的应力应小于最大应力的80%，并对每次的布局进行设计，同时，合理的管道是减少额外压力的关键，减小位移，即确保管线的应力值，包括管道是否足够的灵活性，使横向力减小。

为确保安全，连接好管道之间的布置，考虑附加位移，管道的设计必须在应力的分析指导下完成。

一、海洋平台及管道应力的概念1、海洋平台是一种海上建筑设施，主要为方便进行在海上的油气开采及运输、观测等活动，海上平台由钢结构构成，一般情况下可分为固定式和浮动式两种。

海洋平台井口是海洋平台上对油气进行初步处理的平台，井口是石油和天然气从深海输入到采油树的地方，这个地方的管道要承受的压力非常大，所以管道的设计就必须科学合理，管道的承受压力范围必须在安全的范围内，所以就需要对井口管道的应力进行分析。

2、管道的应力是指管道在单位面积上所受的力，应力可分为一次应力和二次应力，一次应力和二次应力都需要计算出来，其中一次应力的计算是为了防止铺设管道后管道的坍塌，而二次应力的计算则是为了防止管道在使用过程中出现的扭曲、变形等问题。

轴力作用下KT型管节点的应力集中系数分析

轴力作用下KT型管节点的应力集中系数分析王文华;张淑华;端传捷【摘要】为研究平衡的轴向载荷作用下几何参数对KT型管节点应力集中的影响,通过ABAQUS软件建立81个不同几何参数的KT型管节点模型进行数值分析,获得不同参数对应力集中系数大小和分布的影响规律.结果与规范公式进行对比,验证了数模结果的准确性.对KT型管节点,参数γ、τ、θ对SCF数值大小的影响十分显著,参数β对SCF分布的影响最为显著;热点应力的位置并不是固定不变的,几何参数改变其位置有可能会转移.%In order to study the effect of geometric parameters on the stress concentration of tubular KT joints under balanced axial load,81 finite element model with different geometric parameters was established by ABAQUS to get the influence law of geo-metric parameters upon the value and distribution of stress concentration factor.The results was compared with the published equa-tions from DNV and LR,it proved that the numerical analysis is reliable.For KT joints,the most effective parameters in changing the values of the SCF along the weld toe areγ,τ,and θ,while the most effective parameter in changing the shape of the SCF distri-bution curve along the weld toe is β;the position of the hot spot stress shifts when some geometrical parameters are changed.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2017(046)006【总页数】5页(P164-168)【关键词】KT型管节点;几何参数;应力集中系数;热点应力;数值分析【作者】王文华;张淑华;端传捷【作者单位】河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098【正文语种】中文【中图分类】U661.4管节点是海洋平台连接的薄弱环节[1]。

海洋平台T型管节点应力分布研究

烟台大学硕士学位论文海洋平台T型管节点应力分布研究姓名：张国栋申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：曲淑英;邵永波20080315摘要海洋平台管节点长期承受海洋环境中循环荷载的作用，疲劳破坏是其主要破坏形式之一。

管节点的疲劳寿命通常由S-N曲线方法确定，该方法的使用依赖于对节点应力集中系数和应力分布的准确计算。

本文对T节点在承受轴向荷载，平面内弯曲荷载和平面外弯曲荷载下的应力集中系数进行了数值模拟，并且考虑了焊缝对管节点应力集中系数的影响。

使用三维20结点固体单元对结构进行模拟，因为三维20结点固体单元可以精确的模拟焊缝尺寸的变化，从而能够准确的考虑到焊缝对结构的影响。

在进行数值模拟时，结构的有限元网格采用分区划分的方法。

整个结构根据计算需要划分为不同区域，对每个区域单独地进行网格划分，进而控制网格的质量和精度。

每个区域的网格独立产生后，通过合并形成整个结构的有限元网格。

在此基础上，使用通用的有限元软件ABAQUS分析了典型的T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载下的应力集中系数的大小和分布，总共对816组T节点模型进行了有限元分析，并研究了各几何参数对节点应力集中系数的大小和分布的影响。

在对T节点有限元分析的基础上，分别提出了T节点在轴向、平面内和平面外荷载作用下主管和支管上应力集中系数最大值的参数公式，并对所提参数公式进行误差分析。

在对节点应力集中系数最大值参数公式准确推导的基础上，利用这些公式分布推导出了T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载作用下主管和支管应力集中系数分布的参数公式，并且进行了误差分析。

将本文提出的应力分布参数公式的计算结果与试验结果及已有公式的计算结果进行了比较分析。

通过分析发现本文所提的应力分布参数公式可以对T节点在不同荷载下的应力集中系数分布进行准确的估算。

关键词：T型管节点焊缝模拟几何参数应力集中系数分布公式AbstractFatigue failure is one of the most common failure types for welded tubular joints under cyclic loads in their severe service environment of offshore engineering. Generally, the fatigue life of tubular joints can be estimated by referring to S-N curve method which depends on the accurate prediction of stress concentration factor (SCF) and stress distribution for tubular joints under general load conditions. The parametric equations for the stress distribution are deficient, and all of them were derived from the shell elements so the precision is suspected.In this study ,numerical modeling will be carried out for the analysis of the stress concentration factors of tubular T-joint subjected to axial, in-plane and out-of plan loading, and the effect of the weld on the stress concentration factor of T-joint will be considered. 20-node quadratic solid elements will be used to model the whole structure. Such elements can be used to model the weld accurately. Then the effect of the weld can be considered accordingly. Sub-zone mesh generation method is used in the numerical modeling. The whole structure is divided into several zones. After that, the mesh of each zone is generated separately. This method can control the mesh quality easily. After the mesh of each zone is generated, the mesh of the whole structure can be obtained by merging the mesh of all the zones. Thereafter, the magnitude and the distribution of the stress concentration factors along the weld toe for tubular T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings are analyzed using ABAQUS software. Finally, through the FE analysis of 816 models, the effects of geometrical parameters on the stress concentration factor values and their distribution are investigated.Based on the results of the FE analysis of T-joints, the parametric equations of the maximal SCF of the chord and brace for T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings have been presented. Error analysis of these parametric equations has also been conducted. Then the results of parametric equations of the maximal SCF are used to derive parametric equations of the stress distributions around the weld intersection for T-joints. Comparisons have also been made of the results for the stressdistribution equations with the tested data as well as other previously published equations. Throughout the analysis, it has been found that the proposed parametric equations can provide accurate estimation for the SCF distribution of T-joints in a validity range.Key words:tubular T-joint, weld modeling, geometric parameters,stress concentration factor, SCF distribution equation烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

基于ABAQUS的管节点应力集中系数研究

关键词：ＡＢＡＱＵＳ；应力集中系数；热点应力；疲劳设计中图分类号：Ｐ７５文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｔｒｅｓｓＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉ０ｎＦａｃｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＡＢＡＱＵＳ
ＲＰ — Ｃ２Ｏ３．ＯｎＴｈｅｓｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ，ｖａｒｉａｔｉｏｎｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｋｊｏｉｎｔｓｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇｌｉｎｅａｒｅａｉｓａｎａ —
ｌｙｚｅｄ；ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｅｌｅｍｅｎｔｔｙｐｅｏｎｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｏｆＦＥｈｏｔｓｐｏｔｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒ — ｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎＦＥｍｅｔｈｏｄａｎｄＥｆｔｈｙｍｉｏｕｅｑｕａｔｉｏｎａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ；ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｎｏｎ — ｃｏｐｌａｎａｒｍｅｍｂｅｒｏｎＳＣＦｉＳｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＢＡＱｕｓ；ＳＣＦ；ｈｏｔｓｐｏｔｓｔｒｅｓｓ；ｆａｔｉｇｕｅｄｅｓｉｇｎ
０引言
在固定式导管架平台设计过程中，疲劳寿命一般采用ｓ — Ｎ曲线来描述，其中Ｓ代表了节点中沿焊缝周围最大的应力幅值，而应力集中系数（ＳＣＦ）直接决定了实际应力循环幅值［１｝２］。因此，将管节点应力集中现象的分析结果作为海洋平台管节点疲劳寿命估算的依据，以解决管节点的安全问题，是目前海洋平台设计需要解决的重要课题之一［２］。目前，就导管架平台疲劳评估中应力集中系数的计算，工程设计人员普遍采用ＳＡＣＳ软件中的Ｅｌｔｈｙ — ｍｉｏｕ公式Ｅ。该方法根据大量有限元计算结果拟合得出了适用于Ｔ型、Ｙ型以及Ｋ型等简单搭接关节点

海洋石油平台钢结构焊接质量控制与检验方法研究

海洋石油平台钢结构焊接质量控制与检验方法研究摘要：海洋钢结构是海洋石油工业生产中所不可缺少的一种重要材料，在海上油气钻采中起着重要的支撑作用。

受石油等能源的价格上涨影响，海洋钢结构产量逐渐增加，海洋钢结构焊接质量控制越来越重要。

鉴于此，本文对海洋钢结构的特点及类型进行了简单分析，对海洋钢结构焊接质量的检测技术与控制进行了详细分析，旨在提高海洋钢结构焊接质量，推动海上石油产业健康发展。

关键词：海洋钢结构；焊接；质量控制；检测技术前言：海洋钢结构工作环境特殊，长期处于海水之下，且随着石油开采向深水海域的迈进，其工作环境更趋恶劣。

较之常规钢结构，海洋钢结构焊接质量要求更高，控制更为严格。

只有全面控制好海洋钢结构的焊接质量，才能保证海上油气钻采作业安全顺利进行。

因此，加强海洋钢结构焊接质量的检测与控制对海洋油气开发具有重大意义。

1.海洋钢结构的特点与类型海洋钢结构焊接对钢的使用以低合金钢和低碳钢为主，而对于钢材强度等级的确定则需要依据海洋结构钢的具体结构类型与工作条件来进行。

通常情况下，海洋钢结构的主结构一般选用屈服强度等级为400MPa、420MPa、500MPa等几个级别的高强钢，厚度最大在10cm到15cm之间，次结构钢一般选用屈服强度等级较低的235MPa钢材；对于自升式钻井船桩腿，通常选择屈服强度等级为500MPa、550MPa等几个级别的高强钢，其他类型结构钢大多采用350MPa屈服强度的低碳钢[1]。

海洋钢结构主要用于海上油气的钻探开采，所用钻探设备主要有半潜式钻井平台和自升式钻井平台，所用开采设备主要有立柱式平台、顺应塔平台、固定式导管架平台等。

自升式钻井平台依靠桩腿支撑固定在海床上，钻井等设施安置在船体上，船体部分通过齿条与齿轮啮合可以实现与桩腿之间的上下运动，从而满足不同海上钻探要求。

固定式导管架平台采用打桩方式固定在海底海床上，导管架在平台中发挥着重要的支撑作用，主要支撑着上部结构的所有重量。

基于形函数插值理论预测轴力作用下T型管节点热点应力的分布规律

和有限元结果进行比较，证了这种方法的准确性。验
关键词：Ｔ节点；热点应力分布；力；值理论轴插
中图分类号：Ｕ９Ｔ３８文献标识码：Ａ
Ｐｒｄｃｉｎｏｈｏｐｔｓｒｓｉｔｉｕｉｎｏｕｕａｅｉｔｆｔｅｈｔｓｏｔｅｓｄｓｒｂｔｏｆｔｂｌｒｏ
ｉｏｇｏａｉｈｅｕｔｏｔｉｅｒｍｈｓｉｔｒｌｔｔｏｎｎｔｅｅｎｓｌｆｄｔｒｕｈｃｍｐｒｇｔｅｒｓｌｂａｎｄｆｏｔｉｎｅｏａｉｎｍｅｈｄａｄｔｅｆｉｌｍｅｔｅｕｔ．ｅｈｎｓｐｏｈｉｅｒｓ
收稿日期：０８０ — ０２０ — ２１
基金项目：育部留学回国人员科研启动基金项目教
作者简介永波（９３）男，台大学土木工程学院博士，１７一，烟副教授，要从事海洋平台管节点强度研究，主
ａｏｄｉａａｙｅｎｔｉｓｕｙＡｎｉｔｒｏａｉｎｍｅｈｄｂｓｄｏａｒｎｅｓａｅｆｎｔｎｉｐｅｅｔｄｔｌｌａｓｎｌｚｄｉｈｓｔｄ．ｎｅｐｌｔｔｏａｅｎＬｇａｇｈｐｕｃｉｓｒｓｎｅｏｏｏ
Ｋｅｏｄ：ｕｕａ－ｏｎｓｈｔｐｔｔｓｉｒｕｉｎａｉｌｏｄｉｔｒｏａｏｅｈｄｙｗｒｓｔｌＴｊｉｔｏｓｏｓｅｓｄｓｉｔ；ｘａ；ｎｅｐｌｔｎｍｔｏｂｒ；ｒｔｂｏａｌｉ

TKY管节点UT检测专家系统研究

TKY管节点UT检测专家系统研究海上平台管节点的型式多种多样，主要包括TKY管节点，其焊缝坡口形状连续变化，焊缝截面的形状随着其相贯线上的位置不同不断变化，同时无论在主管还是在支管侧探伤，其探测面为曲面，并且其曲率不断变化，这一切都对超声波检测带来了诸多特殊困难。

目前，T、K、Y管节点焊缝的探伤采用的方法是作图法，但这种方法检测工作繁琐，工作量大，检测效率低。

本课题在国内外技术调研和本单位前期TKY管节点焊缝检测研究的基础上，提出开展管节点超声波探伤专家系统研制课题。

通过该专家系统研究不仅为海上平台的安全运行提供坚实的安全技术保障，也提高了海上平台检测效率，从而提高了整个平台施工效率，也有利于降低平台制造成本。

标签：KTY关节点;超声波;专家系统1 前言无论是海上固定式平台还是海上移动式平台，海洋工程结构的型式一般都非常复杂;其中，导管架管节点焊缝的结构就更为复杂。

这些管节点一般都处于若干构件的交接处，结构复杂、应力集中，往往是整体结构中最为重要的特殊构件。

同时，管节点大都由具有6GR资格证的焊工通过手工焊接而成，由于施焊困难，且大多数的作业在露天和高空进行，容易产生焊接缺陷，故对管节点焊缝的检测意义重大，各国规范都要求对其进行超声波检测。

目前我国海上平台管节点检测也主要采用了超声波检测。

当前急需一种现场操作简单、可靠稳定、能快速对焊缝进行评判的超声波检测方法，以替代目前手工作图、计算量大、效率低、检测结果不可靠的管节点焊缝超声波检测技术，为海上平台的安全运行奠定坚实的基础。

2 研究内容2.1知识库建立本课题主要研究TKY管节点知识库的建立、数据采集系统及数据库构建与实现、数据分析与处理、系统软件重点算法研究与实现和检测结果的格式化、标准化。

涉及到不同的计算时，采用适当的方式，对应变量和自变量之间的关系采用函数拟合，并对函数与实测值进行比较，选中最佳的函数，并固化到知识库中。

我们知道，在TKY管节点超声波探伤中，对一个确切的焊口，其不变的量是主管外径di、壁厚ti、支管外径dn、壁厚tn、主支管夹角θ，而两面角ψ和坡口角度φ是随焊缝不同位置连续变化的，结合相关标准，可将此两个参数与不同位置间建立其函数关系，即随坐标点（x y z）变化，这两个参数是变化的，但对每一确定的坐标点，其参数是确定的。

海洋平台TT型圆管节点极限强度分析

ＷＡＮＧｎ。ＡＬｉＷＮＧ－ｕＬｉｒｉ
（ｃｏｌｏｖｌｃｉｃｕｅａｄＯｃａｇｎｅｉｇＪａｇｕＵｎｖｒｉｙｏＳｈｏｆＮａａＡｒｈｔｔｒｎｅｎＥｎｉｅｒｎ，ｉｎｓｉｅｓｔｆｅ
ＳｉｃｎｅｈｏｏｙＺｅｊｎｉｇｕ２２０，ｈｎ）ｃｎｅａｄＴｃｎｌ，ｈｎｉｇＪｎｓ１０３ＣｉａｅｇａａＡｂｔｃ：ｈＥｍｏｅｏｅｃｃｌｒｉｔｎｔｅｆｈｒｌｔｒｗａｅｕＣＰｔｎｏ－ｓａｔＴｅＦｄｌｆｈｉｕａｊｎｆｏｅａｆｍｓｔｐｉＭＳ／ａｒ．ＮｎｒｔｒＴＴｏｉｈｏｓｐｏｓｎａ
ｆｒｅｂｏｃ，ｙＮＲｔｏｎｉｅｉｌｉｇｃｉｒｏ．ＴｈｉａｔｒｆｅｔｎｈｌｉｔｔｅｇｈｏｈｍｅｈｄａｄＭｓｓｙｅｄｎｒｔｉｎｅｅｍａｎｆｃｏｓａｆｃｉｇｔｅｕｔｍａｅｓｒｎｔｆｔｅＴＴ＿
中图分类号：５．ｓｓｏｌｉａｅＳｒｎｔｆＣｉｃｌｒａｙｉｆＵｔｍｔｔｅｇｈｏｒｕａ
ＴｕｕａｂｌｒＴＴｏｎｓｉｆｈｒａｆｒＪｉｔｎＯｆｓｏｅＰｌｔｏｍ
关键。
１有限元模型
１１节点几何参数．
节点极限强度的大小与几何参数有关，般一用相贯节点参数引入的无量纲参数来描述节点：支管直径６与主管直径ｂ比值；。的ｙ～

海洋平台井口管道应力及其影响因素分析

２０１７年第９期
刘维维：海洋平台井口管道应力及其影响因素分析
震、风荷载等及其他特殊的应力标准，这是在计算的基础上提高应力支持的条件，需要考虑的特殊组合的不同点。
平面的主应力管道中加入三个相互垂直方向的应力
作为轴向应变的主应力。在管道应力计算中应该按照规范对产生的应力进行计算［２］。１）压力负荷和扭转产生的应力接近零，因此，通过负荷的应力值来计算，确定应力后，第二次计算时不考虑应力，但是要考虑压力，内部和外部负载的影
Ｎｏ．９，２０１７
嘲
ＤＯＩ：１０．１６５２５４．ｃｎｋｉ．１４－１３６２／ｎ．２０１７．０９．２４
海洋平台井口管道应力及其影响因素分析
刘维维
（海洋石油工程股份有限公司，天津３００４５２）
力、附加位移载荷工况、弹簧载荷工况、温度载荷工
主要是考虑安装高度、方向和扼流圈的大小，通过不同的平台方向实行相应的材料标准］。海洋平台井口管道与生产有关，特别需要注意
温度变化，因为整个金属会由于热膨胀，造成进一步
２）在判断应力的影响因素时，要考虑二次应力，经过轴向载荷的影响，二次应力会引起扭矩产生而产生横向应力。第二应力判断标准，选择合格的计

一种新的海洋平台管节点应力评估方法

一种新的海洋平台管节点应力评估方法粟京;赵晓玲;刘刚【摘要】海洋工程焊接管节点受应力集中及复杂随机载荷的联合作用，容易发生疲劳破坏。

为了提高焊接管节点结构疲劳寿命预测的准确性，文章以管壁厚方向上的一点作为疲劳评估点，提出了一种新的管节点结构应力计算方法。

通过与国际上公开发表的疲劳试验数据进行比较，证明了文中方法应用于管节点结构的可行性及考虑壁厚方向应力梯度的有效性。

基于数值计算，文中还提出了可用于T型管节点应力集中系数计算的参数公式，并对参数公式的精度进行了验证。

%Fatigue damage in welded tubular joints is almost unavoidable due to combined effect of stress concentration and random stresses. To improve accuracy of fatigue life estimation of welded tubular joints, a new structural stress approach for tubular joints is proposed, where a point below the outer surface along the wall thickness direction is adopted as the fatigue assessment point. The applicability and correctness of the new method for fatigue strength assessment of tubular joints, as well as its effectiveness in considering the stress gradient along the wall thickness, are verified by comparing the numerical results with published ex-perimental data of fatigue tests. Based on finite element analysis, parametric equations are derived for cal-culating stress concentration factors at all angular positions along the intersection of tubular T-joints. The accuracy of the parametric equations is finally validated.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2016(020)011【总页数】13页(P1449-1461)【关键词】焊接管节点;应力集中系数;结构应力;应力梯度;疲劳寿命【作者】粟京;赵晓玲;刘刚【作者单位】中国海洋石油总公司，北京100028;大连船舶重工集团设计研究所，辽宁大连 116005;大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TG405焊接管节点在海洋工程领域有着极其广泛的应用。

基于ABAQUS的管节点应力集中系数研究

基于ABAQUS的管节点应力集中系数研究李世铭;谭越;王春升【摘要】该文基于Abaqus/Standard程序,计算得出了有限元热点应力修正系数.在此基础之上分析了K型管节点热点应力沿相贯线区域变化趋势,讨论了单元类型对于热点应力计算结果的影响以及有限元方法与SACS程序EFT经典理论的区别,分析了空间管节点不同平面杆件之间对于应力集中系数计算结果的影响.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2015(030)003【总页数】6页(P95-100)【关键词】ABAQUS;应力集中系数;热点应力;疲劳设计【作者】李世铭;谭越;王春升【作者单位】中海油研究总院,北京100027;中海油研究总院,北京100027;中海油研究总院,北京100027【正文语种】中文【中图分类】P75在固定式导管架平台设计过程中，疲劳寿命一般采用S-N曲线来描述，其中S代表了节点中沿焊缝周围最大的应力幅值，而应力集中系数(SCF)直接决定了实际应力循环幅值[1,2]。

因此，将管节点应力集中现象的分析结果作为海洋平台管节点疲劳寿命估算的依据，以解决管节点的安全问题，是目前海洋平台设计需要解决的重要课题之一[2]。

目前，就导管架平台疲劳评估中应力集中系数的计算，工程设计人员普遍采用SACS软件中的Elthymiou公式[3]。

该方法根据大量有限元计算结果拟合得出了适用于T型、Y型以及K型等简单搭接关节点的方程组。

然而，对于由多个简单管节点焊接而成的复杂管节点的计算，SACS程序的做法是将其拆分为几个简单管节点分别计算SCF值之后再进行疲劳评估。

因此，该文基于Abaqus/Standard 程序，求解管节点应力集中系数，以探讨复杂管节点中不同平面的简单管节点之间对于SCF值的相互影响，为管节点疲劳设计提供参考。

1.1 验证模型计算方法有效性验证是后续工作的前提，该文参考DNV-RP-C203疲劳设计规范[4]中的试件1和试件2进行分析，试件几何模型如图1所示。

KK型管节点应力集中系数随参数变化的规律

KK型管节点应力集中系数随参数变化的规律高浩;陈景杰;黄一【摘要】以自升式钻井平台中KK型管节点为例,采用ANSYS软件建立不同几何参数下管节点的有限元模型,计算管节点在不同加载方式下的应力分布,重点分析其几何形状突变区域——撑杆与弦杆交汇处的应力集中系数,找到应力集中系数与各个几何参数之间的变化规律,总结出有利于KK型管节点疲劳性能的参数取值范围.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2016(045)003【总页数】4页(P114-117)【关键词】KK型管节点;有限元法;应力集中系数;几何参数【作者】高浩;陈景杰;黄一【作者单位】大连理工大学船舶工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学船舶工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学船舶工程学院,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】U663.3自升式钻井平台的桩腿结构由许多管节点组成，在风、浪、流等环境载荷作用下，管节点受力情况比较复杂，且其本身比较薄弱，这导致平台的整体性能很大程度上要依赖于管节点的结构性能[1]。

在管节点众多破坏形式中，疲劳破坏被认为是影响管节点强度的主要原因，这是由于在管节点的相贯线处存在严重的应力集中，局部应力很高，当管节点受到波浪等交变载荷的反复作用时就会产生疲劳裂纹，进而扩展导致管节点疲劳破坏[2-3]。

应力集中系数(SCF)决定了管节点局部区域应力幅的大小，是评估管节点结构安全状态的重要因素，因此许多研究都是针对管节点SCF来进行[4]。

海洋平台管节点有很多种形式，常见的有K型、T型、X型、Y型、TX型、KK型等[5]。

KK型管节点结构比较复杂，因此目前针对此类管节点的研究比较少,考虑利用ANSYS软件对KK型管节点进行参数化建模，提取管节点相贯线处的热点应力，由此得到不同几何参数下管节点SCF的变化规律，确定KK型管节点最优的几何参数，为设计提供参考。

典型的KK型管节点由2个完全相同的K型管节点组成，其几何模型见图1[6]。

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１管节点应力集中原因分析
１１管节点的分类．
承受着复杂的疲劳损伤循环负荷。其管节点承担了海洋平台结构之间的载荷传递，因此，海洋平台
的服役寿命又常常取决于其管节点保持完整性的能力。为了对这些管节头进行经济有效的监测、维护和修复，需要精确的断裂力学模型以预测疲劳裂纹扩展行为。在设计阶段，过一曲线逼通 Ⅳ 近的方法峰值应力通常被用来对估算管节点的疲劳寿命 … 。但是在断裂力学中考虑海洋管结构的剩余使用寿命，需要知道在预期的裂纹路径还下应力的分布状态。作为第一步，究其焊接点研
实际使用中的上述管节点量纲一的量几何参
数应当满足一定的取值范围。
１２管节点产生应力集中现象的原因．
作者简介：宋
杨（９６）男，１８一，硕士生。
研究方向：船舶与海洋结构物设计制造
Ｅｍａ：ｃｓｎ＠ｇｉｃｍ－ｉｊｙｏｇｍａ．ｏｌｅｌ
在各种管节点中，径较小的称为撑管（直或
者叫支管、撑杆）直径较大的称弦管（，或者叫主
管，弦杆）。被截断的撑管直接焊到完整的弦管上，管与弦管相交线处的弦管部分叫做塞板。撑
简单管节点按受力可以分为Ｔ形、Ｙ形、Ｋ形、ＫＴ形及交叉形等。交叉形又可以分为双Ｋ形、Ｔ双
关键词：管节点；应力集中系数；限元法有
中图分类号：６３３Ｕ６．文献标志码：Ａ文章编号：７ —９３２１）６０２－１１７５（０１０－１１４６０
海洋平台，别是近海固定式平台，特大都由钢管构件焊接而成。海洋平台导管架结构位于危险水域，风、、、、震、蚀等工作环境下，在浪流冰地腐
海洋平台Ｔ型管节点应力集中系数研究
宋杨，刘微，程哲，解德
（华中科技大学船舶与海洋工程学院，武汉４０７）３０４摘要：以具有代表性的海洋平台形管接头为例，采用有限元方法，研究接头处的应力集中系数分布。分
析支管６个自由度的约束条件和受载方式，于ＡＡＵ基ＢＱＳ计算管节点在各种载荷下的应力分布，尤其关注几何学上的最危险地带—— 管筒十字交叉点处的应力集中系数，并根据６种基本情况下Ｔ形管节点的有限元计算结果，得到管节点所受到的应力最大、结构强度最薄弱环上个点的应力集中系数，并且进一步绘制出应力集中系数曲线，直观地得到Ｔ形管节点的应力分布趋势。
ห้องสมุดไป่ตู้
形（者叫十字形）和双Ｔ或Ｋ形＿。其受力情况２Ｊ分别是：Ｔ形和Ｙ形管节点，撑管的冲剪力不能自
相平衡，需传给弦管承受；Ｋ形节点，弦管一侧的撑管的冲剪力基本上自相平衡；交叉形管节点，一
侧的冲剪力通过弦管传递给另一侧的撑管；Ｋ形Ｔ
的局部应力集中系数ｓ（ｔｓｃｎｅｔｔｎａ— ｃｓｅｓｏｃｎａｏｃＦｒｒｉｆ
ｔ，Ｃ）ｏＳＦ是非常重要的。海洋平台管节点接头有ｒ很多种形式（Ｔ形、如ｘ形、Ｙ形、Ｋ形，Ｋ形，双等等）目前为止，对这些管接头形式的应力计到针算，没有形成规范，然在探讨中。还仍本文通过对Ｔ形管节点采用基于有限元的
２Ｌ
Ｏｄ；
直接计算法，分析其受力，绘制其应力集中系数分
布曲线，以期对这管节点应力集中系数参数方程
的研究以及以后其它复杂节点
起参考作用。
和管节点设计
ｄ
；
Ｄ
；
ｔ
收稿日期：０１４１２１－ —８０
修回日期：０１８３２１－ —１０
管节点各撑管间的冲剪力可以部分自相平衡，另
一
部分会传递给弦管作为剪力承受。本文将最为图１给出了一个典型Ｔ形管节点的示意图。
典型的Ｔ形管节点作为研究对象。主要的几何尺寸有弦管的长度（、径（、）外Ｄ）壁厚（）撑管的长度（）外径（）壁厚（）以及Ｔ；Ｚ、ｄ、ｔ；弦管和撑管的交汇角（＝９。。通常采用下列０）量纲一的量参数对其作出几何描述Ｊ：
当轴向拉力加载于撑管时，轴向刚度大，可近似地认为沿撑管与弦管交接线上弦管的位移相
１２１
第６期
船
海
工
程
第４０卷
第４０卷第６期２１０１年１２月
船海工程
ＳＰ＆ＯＣＨＩＥＡＮＥＮＧＮＲＩＩＥＥＮＧ
Ｖｏ．０Ｎｏ６１４．
Ｄｅ．０１ｃ２１
ＤＩ１．９３ｊｉｎ１７－９３２１．６０２Ｏ：０３６／．ｓ．６１５．０１０．３ｓ７