海洋平台TT型管节点的极限强度分析
海洋管道结构强度设计
4.6屈曲
整体屈曲：管道像压杆一样屈曲，符合经典欧拉屈 曲方程。
整体屈曲的诱因：
拖网的撞击； 拉引和挂钩； 管道不直。
整体屈曲的形式：
侧向屈曲； 向下屈曲； 垂直屈曲。
4.6屈曲
侧向屈曲——管道暴露在平坦的海床上
4.7船舶抛锚和拖网
船舶抛锚可能对海底管道造成损伤，可根据 DNV-RP-F107规范对风险进行评估：
4.7船舶抛锚和拖网
破坏级别分类
4.7船舶抛锚和拖网
可根据DNV-RP-F111规范对拖网进行分析： 拖网分析基本数据要求 在计算力以及管道的影响之前，要确定关于预期的沿着
管道线路的拖网作业的基本参数，这些沿着管道线路的 参数包括（但不仅限于此）：
埋置管道的设计通常分成两个阶段：
预安装阶段：目的是预测费用和用石量； 安装阶段：目的是保证管道的完整性。
4.6屈曲
局部屈曲：表现为整体横截面的变形，大的累 积塑性应变可能会导致局部屈曲，应加以考虑。 管道的局部屈曲一般满足如下的标准：
在只有过度的外压情况下的系统压溃； 在只有过度的外压情况下的屈曲扩展； 联合载荷标准，例如，外压或者内压的相互作用、
起的屈曲； 3、局部屈曲扩张：由于管道局部屈曲或类似损伤后，
在外压作用下引起的。
4.6屈曲
整体屈曲：并不是失效模式，但是可能引起其他的 失效模式，如局部屈曲，断裂和疲劳。因此，整体 屈曲校核之后，应该对管道进行不同失效模式的校 核，称为管道完整性校核。
整体屈曲是对管道受有效轴向压力的响应，且降低 轴向承载能力。有发生整体屈曲倾向的管道可能是 受到高的轴向力或者是管道有低的屈曲能力。
半潜式钻井平台甲板结构极限强度分析解读
江苏科技大学本科生毕业设计(论文)学院船舶与海洋工程专业船舶与海洋工程学生姓名王杰班级学号1040101128指导老师施兴华二零一四年六月江苏科技大学本科生毕业论文半潜式钻井平台甲板结构极限强度分析Ultimate strength analysis of semi-submersible drilling platform deckstructure摘要人们对陆地和近海资源过度开发，导致陆地和近海资源快要枯竭，所以海洋石油的开发必须要从近海向深水地区发展。
随着海洋石油资源开采事业日益发展，半潜式钻井平台在海洋油气开采工作中板眼了越来越重要的角色。
其安全问题也引起了重视，为了确保平台的结构安全，十分有必要对钻井平台进行极限强度分析。
本文的主要研究内容是：对国内外对平台极限强度分析的现状进行了了解，学习了有限元分析的理论知识，阐述了非线性问题的来源以及解决非线性问题的方法，以平台甲板结构为例进行了研究。
本文对ANSYS软件的发展过程以及功能进行了简要的介绍。
本文学习、总结了以前在极限强度方面的理论成果，以半潜式平台甲板结构为研究对象，应用大型有限元软件ANSYS对结构进行建模，对其施加载荷，进行有限元分析，计算出极限强度。
关键词：半潜式平台；甲板；极限强度；ANSYSAbstractPeople overexploited land and offshore resources, which leading to the depletion of onshore and offshore resources soon, so we have to search for resources from offshore to deep water offshore areas. With the exploitation of offshore petroleum resources career growing, semi-submersible drilling platform plays an increasingly important role in the offshore oil and gas exploration work. Its security issue also attracted our attention. For the purpose of ensuring the structural safety of the platform, analyzing the ultimate strength of the drilling platform is becoming more and more necessary.In this article, we can know something about the current situation of the ultimate strength analysis at home and abroad and learn the theoretical knowledge of finite element analysis. The article also describes the nonlinear problem of sources and methods to solve nonlinear problems. We take the platform deck as an example for the study. This particle also introduces the development process and function of the ANSYS software. This article studied and summarized the previous theoretical results in aspects of the ultimate strength. We took the platform deck structure as an example for study. We made a structural model with finite element software ANSYS and analyze its ultimate strength of finite element.Keywords: Semi-submersible drilling platform;Deck ; Ultimate strength; ANSYS目录第一章绪论 (2)1.1 研究背景 (1)1.2 研究的意义 (2)1.3 半潜式平台研究现状 (2)1.4 平台极限强度国内外研究现状 (4)1.5 本文的主要工作 (6)第二章结构极限强度分析 (7)2.1 半潜式平台极限强度计算方法 (7)2.1.1 基本假定 (8)2.1.2 简化逐步破坏分析法计算极限强度过程 (8)2.1.3 半潜式平台极限强度的预判 (9)2.2 有限元分析法 (10)2.2.1 有限元分析法的起源和概述 (10)2.2.2 基础性原理 (11)2.2.3 非线性有限元分析需考虑的问题 (11)2.3 本章小结 (12)第三章 ANSYS软件简介 (13)3.1 ANSYS软件的发展过程 (13)3.2 ANSYS软件的使用环境 (13)3.2 ANSYS软件的功能 (14)3.3 ANSYS软件的技术特点 (14)3.4 ANSYS软件的非线性有限元分析 (15)第四章平台甲板结构的极限强度分析 (16)4.1 建立模型 (16)4.1.1 模型参数 (17)4.1.2 建立平台甲板模型 (19)4.2 加载计算 (23)4.3 结果分析 (24)总结与展望 (34)致谢 (36)参考文献 (37)第一章绪论1.1 研究背景海洋面积占了地球表面积的很大比例，高达70.9%，海洋的平均深度约为3730米，水深在200—6000米的范围内的海洋高达90%，至今为止，还有大量的海域尚未开发，特别是海洋油气等重要资源。
基于海洋平台管节点的结构可靠性分析
Abstract
were assured with Monte-Carlo simulation method. Then based on the reliability theory, strength reliability index and relevant failure probability of typical tubular joints were calculated using JC method. At last, on the function of reliability formula brought by Sigurdsson, system reliability of platform structure was analyzed by equivalent load method, and the failure judgement critera of platform system was proposed.
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。
海洋平台的极限强度分析方法探析
海洋平台的极限强度分析方法探析1 概述能源是人类社会发展的物质基础。
随着经济的快速发展，石油的需求量日益提高，同时陆地石油不断减少，海洋石油开发成为热点。
平台工作水深不断增加，传统海洋平台运动性能和定位方式难以满足要求。
固定式平台因自重和造价等因素也不能适应深海环境，所以研发新型的适应深海的浮式海洋平台。
分析、设计、制造能适应多种水深、多种工作环境的海洋平台十分必要。
近年来国内外学者对平台的设计研究较多，而对平台的结构强度及可靠性分析不够，而且多数研究仅限于简单板、加筋板或固定式平台结构，对平台结构的复杂的节点结构、关键的横撑构件等极限强度研究不够。
本文将利用船体有限元分析方法，根据相关资料采用大型通用有限元软件对平台的整体结构进行有限元模拟，按照结构的实际情况确定有限元网格的规模和单元的类型，建立结构有限元模型。
2 环境载荷对于工作地点在大海中的海洋石油平台经受的外界环境载荷主要包括风、波浪、海流、冰以及地震海啸等，本文主要考虑风、波浪和海流三大主要环境载荷。
2.1 风载荷海洋结构物设计过程中，风载荷对稳性、定位系统和局部结构强度等的影响必须考虑。
目前工程界对脉动风的描述，一般有稳定部分和变动部分。
海工界经常使用的是NPD谱和API谱。
2.2 海流载荷海流存在于距离海平面的一定深度，因此对于水下构件以及海底构件会产生力的作用，同时影响着平台方位的选择以及船舶靠岸等。
潮汐流和风浪流是海流两种类型，前者是由于天体运动形成的引潮力引起的，后者是由于气象、水文等因素引起的。
余流的主要组成部分是风海流。
对于海洋平台所受的风和流载荷，通常是通过风动试验来取得其载荷的大小。
2.3 波浪载荷海洋结构物在波浪作用下产生的作用效应有：（1）拖曳力作用，这是由于流体不是理想流体而引起的粘滞效应；（2）惯性力作用，这是由于附加质量效应引起的；（3）散射效应，由于入射波受到结构物阻碍引起的；（4）自由表面效应。
结构物界面的特征尺寸和波长是影响波浪载荷对于结构物作用的重要影响因素。
船舶与海洋工程结构极限强度分析
有限元分析可以处理复杂的几何形状和材料属性，同时可以方便地进行参数化和优化设 计。此外，有限元分析还可以考虑结构内部的非线性效应和损伤演化过程。
04
船舶与海洋工程结构极限强度 评估与优化
极限强度评估方法
静力评估方法
通过施加等效静力载荷， 评估结构在静力作用下的 响应，确定其极限强度。
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动力分析的局限性
动力分析需要考虑结构内部的动 态响应，但计算过程相对复杂， 需要较高的计算能力和经验。
有限元分析方法
有限元分析的基本原理
有限元分析是一种基于数值计算的方法，通过将结构离散化为有限个单元，并利用数学 方法求解每个单元的应力和变形，从而得到整个结构的极限强度。
有限元分析的步骤
有限元分析通常包括建立结构模型、划分网格、施加边界条件和载荷、进行求解和分 Nhomakorabea 等步骤。
06
结论与展望
本文的主要工作和结论
极限强度分析方法
本文提出了一种新的船舶与海洋工程结构极限强度分析方 法，该方法基于有限元理论和数值模拟技术，能够准确评
估船舶与海洋工程结构的极限承载能力。
多种工况下的强度分析
本文针对不同的工况，如风浪、冰载荷、碰撞等，对船舶 与海洋工程结构进行了详细的极限强度分析，并得到了相
极限强度的影响因素
材料性质
材料的强度、韧性、塑性等性 质对极限强度有重要影响。
结构形式与尺寸
不同的结构形式和尺寸会导致 应力分布和变形情况的不同， 从而影响极限强度。
荷载条件
荷载的类型、大小、分布和作 用方式等都会影响结构的极限 强度。
环境因素
海洋环境中的温度、盐度、波 浪、潮流等条件对船舶与海洋 工程结构的极限强度产生影响
船舶与海洋工程结构极限强度分析
船舶与海洋工程结构极限强度分析汇报人：2024-01-03•船舶与海洋工程结构概述•船舶与海洋工程结构极限强度分析的基本概念目录•船舶与海洋工程结构极限强度的计算•船舶与海洋工程结构极限强度的评估与优化•船舶与海洋工程结构极限强度分析的挑战与展望目录01船舶与海洋工程结构概述船舶与海洋工程结构主要包括船体结构、甲板结构、舱室结构、上层建筑等，每种结构都有其独特的特点和功能。
甲板结构和舱室结构主要承受货物、人员等重量，要求具有足够的承载能力和稳定性。
船体结构是船舶的主体结构，包括船壳和船肋，主要承受船舶的静载和动载，要求具有足够的强度和稳定性。
上层建筑主要用于安装各种设备和容纳人员，要求具有足够的空间和稳定性。
船舶与海洋工程结构的类型和特点船舶与海洋工程结构是实现海洋资源开发和利用的重要基础设施，对于保障国家安全、促进经济发展具有重要意义。
船舶与海洋工程结构的强度和稳定性直接关系到船舶和海洋工程设施的安全性和可靠性，对于保障人员生命安全和货物安全具有重要意义。
船舶与海洋工程结构的建造和维护需要耗费大量的人力和物力，因此合理的结构设计可以降低建造和维护成本，提高经济效益。
船舶与海洋工程结构的重要性船舶与海洋工程结构的发展趋势随着科技的不断进步和人类对海洋资源的不断开发利用，船舶与海洋工程结构的设计和建造技术也在不断发展和完善。
未来船舶与海洋工程结构的发展将更加注重环保、节能和智能化，例如采用新型材料、优化结构设计、提高建造精度等方面。
未来船舶与海洋工程结构的发展将更加注重安全性和可靠性，例如加强结构监测和维护、提高防灾抗灾能力等方面。
02船舶与海洋工程结构极限强度分析的基本概念船舶与海洋工程结构在受到外力作用时所能承受的最大应力值，超过这个应力值结构将发生破坏或失效。
确保船舶与海洋工程结构在各种极端工况下的安全性和可靠性，预防因结构失效而引发的安全事故。
极限强度的定义与意义意义极限强度通过建立结构的平衡方程和应力应变关系，计算出结构的极限承载能力。
海洋导管架平台结构极限强度分析方法
海洋导管架平台结构极限强度分析方法徐志毅;陈波;张勇【摘要】HZ26-1 platform is exampled.The selected environmental load depending on China South Sea characteristics,P-Delta effect and professional offshore engineering software SACS are used to analyze the nonlinear failure characteristics of offshore platform structure.The reserve strength coefficient of the jacket can be obtained,which can confirm the safety margin of the platform quantitatively,and make theoretical support for the maintenance of structural integrity.%以HZ26-1平台为例,根据附近海域的特点选定环境载荷,考虑P-Delta效应这一几何非线性因素,利用SACS软件进行计算,分析平台结构的非线性失效特性,得到所分析平台导管架的储备强度系数,可以定量地确认平台的安全余量,为结构完整性的维护做理论支持.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2018(033)001【总页数】6页(P79-84)【关键词】极限强度;导管架平台;SACS软件【作者】徐志毅;陈波;张勇【作者单位】中海石油(中国)有限公司惠州作业公司,深圳 518000;中海石油(中国)有限公司惠州作业公司,深圳 518000;中海石油(中国)有限公司惠州作业公司,深圳518000【正文语种】中文【中图分类】P750 引言自20世纪80年代以来，我国海上石油工业飞速发展，在渤海、东海和南海海域约有近200座固定式导管架平台。
海洋平台结构与强度 第7章 节点强度与疲劳分析
第七章 节点强度与疲劳分析
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7-2管状节点示意图 (a)管型节点 (b)箱型节点渐变段
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第七章 节点强度与疲劳分析
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为了增加节点的强度，采取局部加强措施。 1 将节点附近的弦管壁局部加厚。这种增厚 的部分称为节点罐。 2 在接头处加肘板或撑板。加撑板的目的是 为了增加撑管与弦管的焊缝长度，以便使 撑管传来的载荷分散到较大的面积上。 3 但撑板与管子连接线处的应力集中仍很严 重。因此近年来加撑板的管节点使用较少， 大多数管节点的加强措施还是用局部增厚 或者用具有更高屈服强度的材料铸造成节 点罐的形式。
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第七章 节点强度与疲劳分析
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上节内容回顾 平台的吸能能力
为了提高平台的吸能能力，可采取下列措施 (1)加强主要构件连接处的强度； (2)在结构与基础中，应当有一定的强度余量， 使在地震中主要构件损坏后，还能进行载荷重分 布； (3)在总体设计图及详图中，应避免引入会使刚 度和强度产生急剧变化的构件； (4)避免选用在强震载荷下的脆性材料； (5)要考虑到由地震运动引起的相反方向的载荷 影响。
(1)把平台作为单自由度系统，按等效静力法 计算，将载荷动力放大。 (2)把平台作为多自由度系统将载荷作为瞬变 载荷，按瞬时反应进行分析。 (3)谱动力疲劳分析法，可同时考虑结构的瞬 时反应与循环载荷作用下结构的疲劳特点。 其中第1中方法误差较大，方法2不能反应疲 劳特性，方法3还未完全实用。
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第七章 节点强度与疲劳分析
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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。
基于临界距离理论预测T型管节点的疲劳强度
基于临界距离理论预测T型管节点的疲劳强度贺琦;潘军;唐雪松【摘要】依据已有支管受轴向荷载的T型焊接圆管节点的实验数据,使用ANSYS 进行了有限元分析,并利用临界距离理论的点法和线法,预测了构件的疲劳强度.选取第一主应力点沿其最大梯度方向作为临界距离理论的聚焦路径.研究结果表明:预测的疲劳强度与疲劳强度实测值的误差在20％以内.临界距离理论能够在实验数据不足的情况下对焊接管节点的疲劳性能提供较精确的理论预测,为工程应用提供有价值的参考.【期刊名称】《交通科学与工程》【年(卷),期】2019(035)001【总页数】5页(P61-65)【关键词】临界距离理论;焊接管节点;疲劳强度;有限元分析【作者】贺琦;潘军;唐雪松【作者单位】长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙410114;长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙410114;长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙410114【正文语种】中文【中图分类】O346.1管结构广泛应用在海洋平台、桥梁和塔等结构中[1]。
焊接管节点是结构的关键部位，也是结构的薄弱环节。
焊接管节点在焊缝处的结构形式复杂，会产生严重的局部应力集中；载荷作用下，焊接过程中产生的宏观和微观缺陷使其易出现疲劳破坏[2]。
焊接管节点的疲劳问题一直是各国学者研究的热点[3]。
研究焊接管节点的疲劳性能，对高强管结构的安全性具有十分重要的意义。
各国的学者们针对管节点疲劳性能开展了大量的研究工作。
国际管结构协会(CIDECT)发表的空心管结构设计简介中，重点对圆管和矩形管焊接相贯节点疲劳性能设计提供了指南[4]。
国际焊接协会(IIW)对各国研究成果进行了总结，给出焊接管节点疲劳性能评估方法[5]。
此外，美国焊接协会(AWS)和美国石油协会(API)等也开展了一系列的研究，形成了相应的焊接管节点疲劳规范。
在焊接结构的疲劳强度分析过程中，形成了4种不同层次的方法，即：名义应力法、热点应力法、缺口应力法和断裂力学法。
关于海洋平台结构极限强度的探讨
关于海洋平台结构极限强度的探讨摘要：海洋平台是海洋资源开发的基础设施，也是海上工程运营的重要基础。
海洋平台的结构复杂且昂贵。
为了基于安全性能且降低制造成本，海洋平台和平台的可靠性必须经过优化设计。
勘探和利用海上石油需要使用大型海上石油平台。
在海上平台的设计和制造过程中，极限强度分析是一个重要的课题，必须采用准确的分析方法和手段才能获得准确的分析结果。
本文以一个平台为例，使用大型有限元分析软件建立模型，在规范要求的环境组合下进行极限强度分析，并获得可指导平台设计和制造的计算结果。
关键词：海洋平台；极限强度；设备的可靠性1海上平台的基本情况海上平台是开发各种海洋资源（如天然气和石油）时非常常用的移动平台，其用途广泛，主要由三部分组成：举升系统，支腿和主体。
可以在该范围内自由升降，在实际工作中，桩桥将延伸到海底并站立在海底上。
并且，根据不同工作的数量，腿的上部可以支撑平台的主体并达到预定的工作高度。
拖曳时桩腿可以折叠，但是当大海沉重时不能拖曳。
自升式海上平台的工作深度为12到550英尺，其中大多数为250到300英尺。
这种自升式平台主要有两种：沉没型和独立型。
桥梁的结构主要包括桁架式和圆柱式。
这种平台具有极好的稳定性和较强的定位能力。
适用于深海。
可以适应恶劣的工作环境，并在大陆架海域海洋资源的开发中发挥重要作用。
本文主要讨论了自升式平台结构优化设计的研究与开发。
2环境负荷海上石油平台承受的外部环境负荷主要包括风，浪，洋流，冰，地震和海啸。
在本文中，主要考虑三个主要的环境负荷：风，浪和洋流。
2.1风荷载在设计海上结构时，必须考虑风荷载对稳定性，定位系统和局部结构强度的影响。
当前，工程界对脉动风的描述通常包括稳定和可变的部分。
NPD光谱和API光谱在海洋工业中经常使用。
2.2洋流负荷洋流存在于海平面以上一定深度处，因此会在水下和海底组件上施加力，同时会影响平台位置的选择和船舶停靠。
洋流和风浪是两种类型的洋流，前者是由天体运动形成的潮汐力引起的，后者是由天气和水文学等因素引起的。
关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨
关于船舶与海洋工程结构极限强度的探讨发表时间：2020-12-29T05:59:54.674Z 来源：《防护工程》2020年27期作者：张智1 宋琳2 [导读] 对于船舶与海洋工程而言，其极限强度的计算需要对很多因素进行充分的考虑，而不是简单的对材料强度进行计算。
天津大学仁爱学院天津 301636摘要：对于船舶与海洋工程而言，其极限强度的计算需要对很多因素进行充分的考虑，而不是简单的对材料强度进行计算。
在进行计算的时候，一般情况下是需要采取建模的方式，根据其有限元模型计算出船体的实际结构强度，但是这种方式也存在一定的弊端，实际使用中要和其他的技术进行配合。
本文重点分析船舶与海洋工程结构的极限强度计算，为今后船舶与海洋平台从设计到建造再到使用的全生命周期内的稳定性和安全性的分析提供了可供借鉴的方法和经验。
关键词：船舶与海洋工程；工程结构；极限强度引言21世纪是海洋的世纪，近几年我国海洋事业高速发展，在未来一段时间里更是会发展迅猛，海洋装备比如船舶与海洋平台数量在不断的增加，与之相互对应的，船舶搁浅这种事故也是频繁发生，在遇到这种情况的时候，船舶自身的强度会受到很大的影响，对于船舶日后的使用也是十分不利的，目前行业内对于船舶与海洋工程的极限强度开展的研究力度并不足，导致该课题的发展受到了一定的限制，因此需要进一步的分析研究，促进我国船舶与海洋工程事业持续前进。
一、船舶与海洋工程结构极限的具体状态船舶和海洋工程结构极限状态的表示方式主要是归结为总体结构遭到破坏，一方面这种极限状态和结构的强度有直接的关系，另一方面其承载能力也对这种状态产生着巨大的作用。
船体结构不像其他框架结构一样，极限荷载可以直接用对应的公式去计算出来，甚至可以估算其大概的数值。
这是因为船体结构比较复杂，具有复杂的型线，除了主体结构外，还有很多的附体和小部件，这些都是实现船舶得以正常运行的重要组成部分。
这些部件都承担着非常大的弯矩，船舶在水面上航行，必不可少会受到风、浪、流等外力干扰，有的部件难免会受到损伤，这样一来，就使得部件的强度受到了影响。
船舶与海洋工程结构极限强度分析
某海洋平台结构的极限强度评估
平台结构形式和材料
对某固定式海洋平台的结构形式和材 料进行分析，确定其结构极限强度。
环境因素考虑
考虑海洋环境因素对平台结构的影响 ，如波浪、潮流、冰等。
极限强度评估
采用概率模型或数值模拟方法，对平 台在静载、动力等不同工况下的极限 强度进行评估。
维修和更换建议
根据评估结果，提出针对该海洋平台 的维修和更换建议，确保其在使用寿 命内的安全性。
基于性能优化设计的某型浮式储油装置结构改进方案
储油装置结构形式和材料
性能要求
对某型浮式储油装置的结构形式和材料进 行分析，确定其结构极限强度。
根据实际需求，提出该储油装置的性能要 求，如储油量、稳定性、耐波性等。
结构改进方案
方案评估与实施
基于性能优化设计方法，提出针对该储油 装置的结构改进方案，提高其性能并确保 结构安全性。
性变形。
材料的抗拉强度
材料的抗拉强度直接关系到结构 能够承受的最大拉力，是影响结
构极限强度的关键因素。
结构的几何形状与尺寸
结构形状
不同的结构形状在相同的外力作用下，其内部的应力分布和大小是不同的，因此结构的极限强度也不 同。
结构尺寸
结构尺寸的大小会影响结构的刚度和质量，从而影响结构在受到外力时的响应，也会影响结构的极限 强度。
实验研究阶段
随着技术的发展，实验研究逐渐成为极限强度分析的主要手段。通过模 拟实际环境和加载条件进行实验，可以更准确地评估结构的极限强度。
03
Hale Waihona Puke 数值模拟与实验研究结合阶段
现代的研究方法结合了数值模拟和实验研究，通过建立数值模型来模拟
结构的响应和行为，同时结合实验数据进行验证和修正。这种方法大大
船舶与海洋工程结构极限强度分析
船舶与海洋工程结构极限强度分析摘要：基于航运业的迅猛发展，船舶数量随之不断增多，发生事故的概率大大增加，现阶段我国对于船舶与海洋工程结构极限强度的研究力度不够，其中极限强度作为制约船舶海洋工程进步的重要因素，需要相关工作人员对其进行深层次地探索。
在船舶开发研制过程中，操作员应对其结构进行正确有效的评价，使用强度较高的建设材料，从而保证海洋工程的安全性。
通过对船舶与海洋工程结构极限强度的计算方法展开探究，从而提升船舶与海洋工程结构的稳定性，提高船舶结构的极限强度，从而满足现代海洋工程项目在不同阶段的建设发展需求。
基于此，本文对结构极限强度计算方法、极限强度的分析方法，以及船舶搁浅结构的损伤分析进行研究，希望以此为相关研究人员提供参考，以此为我国船舶与海洋工程行业的发展贡献力量。
关键词：船舶；海洋工程；结构极限强度引言在船舶与海洋工程的结构设计过程中，针对于船舶结构的极限强度设计是总体设计工作中的重要环节，此项设计对计算的精准程度要求较高，考虑因素相对较为复杂。
在计算过程中通常以建模的方式为主，借助模拟过程以及有限元计算最终得出船体的实际结构强度，针对此种计算方法中的优缺点，在实际操作过程中应配合其他技术，对船舶结构进行近似结果的线性反应，以此对船舶船体的结构极限强度完成进一步的调整与优化。
1结构极限状态随着船舶与海洋工程的开发设计不断深入，结构极限状态逐渐走进相关研究人员的视野，与此同时也收到船舶行业的重点关，其中“崩溃”是结构极限状态最为显著的特征。
当船舶与海洋工程发生崩溃，结构会在一定程度上丧失或大或小的承载能力，一旦总体刚度受到较大程度地破坏，危险事故发生的概率将直线上升。
就目前情况而言，我国船舶行业对于结构极限状态的研究工作进行时间较长，分析较为透彻，针对多方面都进行过一定研究。
结构极限状态其本质是一种较为繁琐的非线性变化进程，根据多年的研究结果分析，其中部分壳体结构的极限强度大多可使用特征数值进行进行计算。
海洋平台管道的安全评定准则
海洋平台管道的安全评定准则梁瑞;晏姗姗;王芳钰;车雪丽【摘要】针对海洋平台压力管道极易出现的腐蚀缺陷,介绍了ASME B31G、DNV-RP-F101两种传统的安全评定准则.传统的安全评定准则具有一定的适用范围与保守性,针对其存在的局限性,利用数值分析Ansys软件进行管道缺陷模拟,通过与爆破试验结果进行对比分析,表明有限元分析可以最大程度上降低损失、减小危害,为管道的安全运行和决策提供理论依据.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2016(042)004【总页数】4页(P70-73)【关键词】海洋平台管道;安全评定准则;失效压力;有限元【作者】梁瑞;晏姗姗;王芳钰;车雪丽【作者单位】兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】X937海洋平台压力管道是海洋油气开采系统的重要组成部分,所处的环境恶劣,在其内部介质和外部环境载荷的作用下极易发生失效.随着海洋平台管道使用年限的增加,不可避免的会出现一些缺陷,主要以腐蚀缺陷为主.腐蚀缺陷严重影响海洋平台管道的安全运行,造成安全隐患[1].为保障海洋石油平台压力管道的安全运行,对含腐蚀缺陷平台管道的剩余强度研究是非常必要的.世界各国对含有腐蚀的海洋平台压力管道的安全评定工作做了大量研究,形成了不同的安全评定规范、准则.例如:美国机械工程师协会(ASME)颁布了国家标准ASME压力管道规范ASME B31G—2009[2]标准.1999年英国燃气公司(BG)和挪威船级社(DNV)合作开发了DNV-RP-F101[3]标准(corroded pipeline).中国也提出了相应的管道腐蚀评定标准，SY/T 6151—2009《钢质管道管体腐蚀损伤评价方法》[4],SY/T 10048—2003《腐蚀管道评估的推荐做法》[5].针对海洋平台的特点及所处的特殊环境,对池火灾环境下海洋平台温度场进行了一定的研究,采用ANSYS FLUENT软件进行模拟,得到平台温度场的空气温度分布和较安全的挡风墙设置情况[6].风险性分析、故障树分析被应用到管道的风险管理中[7-9],以确保管道的安全运行；针对管道的腐蚀可靠性以及在役管道不同时期的可靠性也做了一定的研究[10-11]；模糊综合评价法、模糊神经网络亦被引用到管道的安全评估[12-13]；此外,对于碰撞横向载荷下凹陷圆管的结构行为也做了一定的分析[14].目前,国内外的这些传统的标准大都是根据本国的实际情况,在一定的环境与实验条件下得到的,具有一定的局限性.随着科技的发展,有限元法在管道工程中已得到广泛的应用.文中采用ASME B31G、DNV-RP-F101两种传统安全评定准则进行管道的缺陷分析,然后采用有限元分析法对缺陷管道进行模拟,并与爆破试验结果进行比较,证明有限元法是进行管道安全性评估的一种有效工具.1.1 ASME B31G美国ASME B31G准则主要针对凹坑型缺陷,忽略凹坑中的裂纹尖端,简化为根据测量金属损失的最大轴向长度和深度,规定一个可接受的安全系数SF,比较失效应力SF和SF×SO,当SF≥SF×SO时,缺陷可以被接受.当z≤50时当z>50时式中: Sflow=1.1×SMYS式中:L为腐蚀区域最大轴向长度,mm；d为腐蚀区域深度,mm；t为管道测量壁厚,mm；Sflow为流变系数；M为鼓胀系数；SMYS为材料最小屈服强度,MPa；SO为最大操作压力下的环向应力,MPa.该准则把缺陷简化为钝缺陷,即凹坑型缺陷,考虑的是壁厚的减薄,并未考虑缺陷中的尖锐的裂纹尖端.主要评价孤立缺陷,适用于管道等级较低、服役年限较长的老管道,评价结果一般偏保守,但是如果缺陷中有危险性更大的应力腐蚀开裂,评价结果偏危险.1.2 DNV-RP-F101标准DNV-RP-F101 评价准则分别根据DNV-OS-F101《海底管道系统》[15]中的安全原理和许用应力设计原理,提供了两种评价腐蚀管道安全的方法, 即分项安全系数法和许用应力法.1) 分安全系数法考虑了缺陷尺寸的和材料性质不确定因素,对于只受内压载荷作用的单个纵向腐蚀缺陷的腐蚀管道的许用压力表示:式中:2) 许用应力法许用应力法根据ASD(allowable stress design),计算出腐蚀缺陷管道的失效压力,然后再将该失效压力乘以一个基于初始设计参数的安全系数.单个管道腐蚀缺陷失效压力计算表达式:式中安全工作压力为式中:F=F1F2,t为管道测量壁厚,mm；SMTS为规定的最小拉伸强度,MPa；UTS为极限拉伸强度,MPa；D为管道外径,mm；d为腐蚀深度,mm；l为腐蚀缺陷长度,mm；γm为预测模型的分项安全系；εd 为定义腐蚀深度分位值的系数；γd为腐蚀深度的分项系数；为随机变量d/t的标准偏差；Q 为长度校正系数；F为管道强度系数；F1为模型因数,取0.9；F2为作业使用因数.标准考虑了管道的内压以它所受的轴向和弯曲载荷,可用于评价钢级X65～X80外表面和内表面缺陷的管道,并详细区分了单个缺陷、互相作用缺陷、复杂缺陷.但对于钢级超过X80和缺陷深度大于管道壁厚85%的缺陷该准则不适用.由以上分析可以知道,腐蚀强度的评定准则形成于不同的时期,使用范围也存在一定的差异,再加上其难度大、效率低、可靠性差.而有限元分析法从安全性与经济性出发,对含缺陷管道做出及时客观的评价,对管道剩余强度进行定量分析,在保证管道安全性的前提下可以充分发挥其潜能.2.1 失效准则的确定WANG[16]提出了一种基于塑性失效的准则,认为当材料的应力状态达到材料的最小抗拉强度极限时,材料即失效,即海洋立管上的Von-Mises应力达到材料的抗拉极限时,管道发生失效,此时对应的压力为失效压力.该准则在试验中被证实具有较高的精度,文中采用此失效准则.2.2 模型的建立文中选取管道的材料为APIL5X65钢,假设为理想弹塑性材料,其塑性强化模式为双线性随动强化,杨氏模量E=2.06×105 MPa ,泊松比μ=0.3,外径D=762 mm,壁厚t=17.5 mm最小屈服强度SMYS σs=448 MPa,抗拉强度SMTS σb=531 MPa,强化模量ET =0.模型采用三维实体单元,为了避免管段端部效应的影响,考虑到边界条件对计算结果的影响,根据圣维南原理[17],取管道两端到腐蚀缺陷边缘的距离为管径的2～3倍.采用球面蚀坑,因只考虑内压,直接在管道内壁施加压力即可.模型如图1所示,网格划分模型如图2所示.2.3 加载方式极限分析属于非线性分析,内压加载过程非常重要,本文设定一个较小的载荷进行弹性计算,根据材料的屈服极限与较小载荷的应力强度之比把载荷放大到弹性极限.此后管道内部发生局部塑性变形,载荷步长按具体情况逐渐缩小,实现失效压力的预测.2.4 失效压力分析只受内压作用的海洋平台管道缺陷处的失效模式为塑性失效,由失效准则得出此缺陷尺寸下管道的失效压力,单个腐蚀缺陷平台管道在极限载荷下的应力分布图见图3.腐蚀深度不同时失效压力的变化曲线以及腐蚀长度不同时失效压力的变化曲线分别见图4,图5.由图4 可以看出,当腐蚀长度一定时,随着腐蚀深度的不断增加,管道的失效压力也逐渐变小.通过与爆破试验数据的对比,B31G总体计算结果比较保守；DNV与有限元软件模拟的计算结果相差不大,随着d/t比值的增加DNV-RP-F101失效压力的计算结果下降幅度最大,当d/t的值在75%左右时,DNV失效压力计算结果已经趋近于B31G计算结果,由此可见,DNV比较适合评价腐蚀深度较小的缺陷管道,当腐蚀深度增大时,DNV的计算结果也逐渐变得保守；有限元软件模拟结果与爆破试验结果比较接近,随着腐蚀深度的增加,其计算结果与爆破试验结果差距逐渐缩小.由图5可以看出,当腐蚀深度一定时,管道的失效压力随着腐蚀长度的增加而减小.B31G的计算结果仍偏于保守；DNV的计算结果在保守性方面有了一定的改进,但仍存在不足；有限元模拟结果比较良好,进一步改善了B31G与DNV评定准则的保守性.利用以上两种传统评定准则计算的失效压力与有限元分析结果进行比较,并与爆破试验结果[18]进行比较,爆破试验结果见表1,计算结果见表2.1) 在凹坑缺陷中,腐蚀长度与深度同时影响管道的失效压力,随着腐蚀长度或深度的增加平台管道的剩余强度变小,管道安全性降低.2) B31G对于海洋平台管道失效压力的计算结果偏于保守,从经济效益方面考虑,不适合平台管道的失效压力计算.DNV-RP-F101计算结果随腐蚀深度或长度的变化而变化的幅度较大,不适合腐蚀深度或长度过大的缺陷评定.3) 有限元模拟结果比较接近于试验结果,在一定程度上改善了失效压力计算的保守性,在最大程度上减小损失和危害,可以为海洋平台管道的安全运行和决策提供依据.4) 海洋平台管道除了正常的载荷与载荷波动外,还有波浪引起的动载荷,从而在应力集中处引发疲劳裂纹,疲劳裂纹在波动的载荷不断扩展,通常发生在低应力状态下,危险性高,所以以后对于海洋平台管道的安全评定准则研究,还应考虑疲劳载荷的影响.【相关文献】[1] 冯耀荣,王新虎,赵冬岩.油气输送管失效事故的调查与分析 [J].中国海上油气工程,1999(5):16-18.[2] NAYYAR M C,LOBO N.ASME B-31G-2009 Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines [S].U.S.A:The American Society of Mechanical Engineers,2009.[3] DET N V.DNV-RP-F101—1999.Corroded _Pipelines [S].Norway:Det Norske Veritas,1999.[4] 陈健峰,韩恩厚,张华兵,等.SY/T 6151—2009《钢质管道管体腐蚀损伤评价方法》 [S].北京：国家能源局,2009.[5] 陆长山,李方,苗春生,等.SY/T 10048—2003 腐蚀管道的评估推荐方法 [S].北京:国家经济贸易委员会,2003.[6] 梁瑞,王芳钰,高中稳,等.池火灾环境下海洋平台的温度场 [J].兰州理工大学学报,2016,42(2):68-73.[7] 俞树荣,李淑欣,刘展.基于解析分层过程(AHP)的油气长输管道系统风险分析 [J].兰州理工大学学报,2003,29(4)：67-69.[8] 俞树荣,杨慧来,李淑欣.基于模糊层次分析法的长输管道风险分析 [J].兰州理工大学学报,2009,35(2)：58-61.[9] 俞树荣,杨慧来.基于梯形模糊数的长输管道故障树分析 [J].兰州理工大学学报,2009,35(5)：62-65.[10] 薛国星,张铮.基于贝叶斯检测的在役管道腐蚀可靠性分析 [J].兰州理工大学学报,2010,36(1)：63-66.[11] 俞树荣,马欣,刘展,等.在役长输管道不同时期可靠性安全评价 [J].兰州理工大学学报,2005,31(4)：65-67.[12] 李炜,张美玲,毛海杰.基于模糊RBF神经网络的管道泄漏检测方法 [J].兰州理工大学学报,2009,35(6):79-83.[13] 梁瑞,杨玺庆.模糊综合评价法对海洋立管的风险评价研究[J].兰州理工大学学报,2015,41(3):70-72.[14] 梁瑞,王利新.碰撞横向载荷下凹陷圆管的结构行为研究 [J].兰州理工大学学报,2015,41(2):76-79.[15] DET N V.DNV-OS-F101—2007.Submarine Pipeline systems [S].Norway:Det Norske Veritas,2007.[16] WANG Y S.An elastic limit criterion for the remaining strength of corroded pipe [J].Mech Stavange,1991,5:176-186.[17] 杨桂通.弹塑性力学引论 [M].北京:清华大学出版社,2004．[18] CHOI J B,GOO B K,KIM J C,et al.Development of limit load solutions for corroded gas pipelines [J].International Journal of Pressure Vessels and Piping,2003,80:121-128.。
船舶与海洋工程结构极限强度分析
船舶与海洋工程结构极限强度分析摘要：船舶与海洋工程结构主要采用的是钢结构，钢结构极限强度较高，但是一旦达到其极限强度，会出现脆裂破坏，引发安全事故。
所以要建立合理的模型对船舶与海洋工程结构极限强度进行分析，其极限状态是一种非线性的变化过程，要通过模型算法确定最容易出现极限强度破坏的位置，然后对此处进行加强设计，提升船舶与海洋结构的整体强度。
关键词：船舶;海洋工程;结构极限强度;引言当前，我国经济实力日渐提升，科技技术水平也随之发展，海洋资源的开发深受国家的重视，海洋不仅可以维护国家安全，同时有着丰富的资源，对海洋进行有效开发与使用是每一个临海大国必须要思考和探索的问题。
我国早在“十二五”规划时就对海洋开发进行了部署，同时出台了一系列的规定，全面提升了海洋工程装备脚步。
海洋发展是促进我国经济的核心内容，属于国家发展的重要资源，需要分析和探索其装备，这一点十分关键。
1船舶与海洋工程结构极限的具体状态一切都是有限度的。
对于船舶和海洋工程，其结构也有一个具体的边界状态，这种状态的呈现即其结构完全崩溃掉，与结构的能力和力量内容密切相关。
船舶结构和海洋工程包括许多小部件和各种部件，这些部件共同确保了船舶的良好运行。
对这些零部件应用较高的弯矩时，执行过程会受到不同外力的影响，对部件造成的损坏是不可避免的，并且随着时间的推移，部件的力也会受到影响。
在此过程中，某些零部件在执行其原始功能时会受到力的约束，因此损坏会随着时间的推移缓慢增加，船舶和海洋工程部件的几何和非线性材料所产生的影响的组合可用于提高确定的载荷值，然后优化初始结构模型，同时考虑到部件损坏的程度，完整且具体的极限强度数值就会得出。
2船舶与海洋工程结构极限强度计算方法在设计船舶与海洋工程结构时，为了避免极限强度破坏，要建立合理的模型进行极限强度分析，整个分析计算过程是船舶设计工作中最为复杂的环节。
因为在计算过程中，首先要将结构模型化，然后对于影响结构受力分析的参数进行逐步简化，这样才能将复杂的计算过程简化。
船舶与海洋工程结构极限强度分析
船舶与海洋工程结构极限强度分析摘要：在社会经济快速发展的背景下，我国的航运事业也如火如荼的展开。
因此，为了进一步降低航运过程中的事故发生几率，就必须进一步提高船舶与海洋工程的结构极限强度，这样才能够确保我国航运事业的高质量发展，才能够保证船员的生命财产安全，避免带来严重的经济损失和恶劣的社会影响。
结构极限强度是对船舶与海洋工程结构安全性评价的重要指标，本文将对此展开讨论和分析，探讨船舶与海洋工程结构极限强度分析的有效方式，以供参考。
关键词：船舶；海洋工程；结构；极限强度目前，我国正在积极探索船舶与海洋工程结构及线强度分析的有效方式，为传播与海洋工程结构安全性的提升提供更多的理论支持，只有这样才能够进一步促进我国航运事业的健康稳定发展，为我国的经济提升奠定良好的基础。
1.船体结构极限强度分析船舶与海洋工程结构在投入使用之后，可能在各种各样的内外环境下出现不同的变形或者载荷影响，比如极限载荷、常规载荷、意外载荷等等。
因此在进行结构设计的过程中，必须对这些不同的因素和载荷进行方位的考虑，这样才能够进一步提高船舶与海洋工程结构的安全性。
在传统的船舶与海洋工程结构设计过程中，一般是通过许用应力设计法进行有效的设计。
这种设计方法以在线弹性理论作为基础，同时在评估船体的总纵强度时是比较甲板上的弹性应力和许用应力的情况，其中许用应力一般是以材料屈服强度为基础的数个百分比作为参考。
一般情况下，还会将名义垂向波浪弯矩与这种方法配合使用进行设计，能够保证一些常规的船舶结构有较高的安全性。
但是，这种设计方式并不能让人们真正的了解船舶的具体强度，也不能帮助人们把握船体结构在破坏过程中的实际情况。
因此，在一些非常规的船型设计时如果依然采用这种方式，无法顺利的实现设计目标。
在总纵弯曲的模式下，船体处于一种渐进的损坏状态。
例如，如果因为屈服或屈曲等情况导致船体梁断面上某个较弱的构件出现损坏，那么这个构建就不能承担相应的船体载荷，就会使船体的刚度不断降低；但是在这种情况下，船体结构中的其他构件没有发生损坏，不仅能够持续承受相应的载荷，而且能够分担损坏构件传递过来的载荷，因此船体梁从整体上看依然能够承担相应的载荷[1]。
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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
图2
焊缝附近区域网格图
21 2 焊缝的几何模拟
焊缝在节点数值分析中有非常重要的影响 , 必 须提出一种精确的方法来确定沿相交线方向的焊缝 尺寸 。 如图 3 所示 , 初始的接触厚度 T1 被定义为在 节点上垂直于相交线的一个特定部位的表面接触厚 度 , 通常 T1 沿着节点是有变化的 , 它大小取决于两
3
31 1
节点极限强度的确定
节点参数 T T 节点极限强度的大小与几何参数及材料参 数有关 , 特定义如下 : T 为主管的厚度 ; t 为支管的厚 度 ;τ = t/ T , 为支管与主管的厚度之比 ;γ = R/ T , 为 主管的外半径与主管厚度之比 ;β = r/ R , 为支管外 半径与主管外半径之比 ;φ为两支管之间的夹角 ;σ y 为钢材的屈服应力 ;σ u /σ y 为钢材的极限应力与屈服 β ) , 为两支管在主管外 应力之比 ; gt = R (φ - 2arcsin 表面间的距离 。 31 2 节点极限强度分析 外部施加的荷载及边 界条件如图 6 所示 。 当管 件超过一定长度时 , 管件 长度对节点极限强度的影 响较 小 , 取 主 管 长 度 为
其中 kAWS 是由 AWS (1996) 规范规定的焊缝厚度参数。 Wo ng ( 2001 ) 曾研究了实际 T 节点和 Y 节点的
第 3 期 曲淑英 ,等 : 海洋平台 T T 型管节点的极限强度分析
449
焊缝厚度发现与 A WS ( 1996) 相比 , 这种模拟焊缝 的方法可以更安全准确地模拟焊缝 , 因此本文采用 该种方法模拟 T T 节点焊缝 。
第 24 卷 第3期
2007 年 9 月
应
用
力
学
学
报
Vol . 24 No . 3 Sep . 2007
CHINESE JOURNAL OF APPL IED MECHANICS
文章编号 :100024939 ( 2007) 0320447204
海洋平台 T T 型管节点的极限强度分析
曲淑英 张国栋 张宝峰 吴江龙
提出估算 T2 得方程如下
T2 = k2 ・t2
k2 = FOS outer [ 1 - (
180° -θ s
γ 0 - θ s )m]
线夹角 。 焊跟部位的内部相交线的修正方程可以表示为 β ZW 1 = ZA 1 + T3 co s 1 β Y W 1 = Y A 1 + T3 sin 1
XW1 = R1 - Y W 1
41 1
主管厚度 T 对 T T 节点极限强度的影响 选定一组参数 , 变参数 T 的值 , 依次取 T =
7mm , T = 10mm , T = 13mm 和 T = 16mm , 计算发
T T 节点的几何参数
T/ mm t/ mm
φ
120°
240
144
10
5
现主管厚度的变化对管节点极限强度的影响是很大 的 , 且节点极限强度随主管厚度的增加呈现非线性 加速增长 , 即在其它影响因素不变的情况下 , 主管厚 度的变化对 T T 节点极限强度的影响非常明显 。 41 2 τ对 T T 节点极限强度的影响 选定一组参数 , 改变参数 τ的值 , 依次取 τ = 01 5 ,τ = 01 7 ,τ = 01 8 ,τ = 11 0 , 计算不同τ值得极限 强度的数值 , 发现参数 ( 由 01 5 改变到 11 0 的过程 中 , 节点的极限强度变化幅度很小 , 可忽略其对节点 极限强度的影响 。 41 3 γ 对 T T 节点极限强度的影响 依次取γ = 6 ,γ = 12 ,γ = 18 和γ = 24 ,分别计算 得出极限强度的数值 :随γ的变化 TT 节点极限强度有 明显变化 , 且变化是非线性的。 由于γ表示主管外半径 与主管管壁厚度的比值 ,也就是说 TT 节点极限强度随 主管外半径与管壁厚度的比值的增加而增加。 41 4 β对 T T 节点极限强度的影响 依次取β = 01 5 ,β = 01 6 ,β = 01 7 ,β = 01 8 , 分别
T T 节点在支管端部承受轴向压力作用下所能承受
2 节点网格的生成和焊缝模拟
网格生成 对包含焊缝的区域 ,独立进行网格的划分 。图 2 所示厚度方向上 ,采用了三层单元来模拟相应应力的 变化。各区域所用的单元为 20 个节点的等参元 。
21 1
的极限载荷 ,在模拟过程中 ,考虑了焊缝对管节点极 限强度的影响 。 使用三维 20 结点等参元模拟管状 T T 节点时 , 把管节点分解成为不同的区域 , 根据计算精度的要 求 ,采用不同的网格密度 。这样可有效地控制网格 单元的质量 ,从而保证计算结果的准确性 。在每个 区域的网格产生后 , 合并形成一个管节点的整体的 网格图 ,如图 1 所示 。
T T 节点在轴向力作用下 , 初始阶段 P 随着 U 的增
大而增大 , 当管节点中 A 点位移达到 12mm 时 , 节点
450
应 用 力 学 学 报
第 24 卷
计算得出极限强度随β变化的关系 : T T 节点极限强 度随β的增加而增加 。 由于β表示支管外半径与主管 外半径之比 , 即支管外半径与主管外半径的比值越 大 , 节点的极限承载能力越高 , 且增大 β明显提高 T T 节点的极限强度 。 41 5 φ对 T T 节点极限强度的影响 依次取φ = 60° ,φ = 75° ,φ = 90° ,φ = 105° ,φ = φ φ 120° , 计算得到的极限强度随 变化的关系 : 对 T T 节点极限强度的影响比较小 , 在该组数据中 , 节点的 极限强度变化很小 , 差值不超过 5 % , 因此 , 在一定 范围内可以忽略它对极限强度的影响 ; 在φ小于 90° 时 , 极限载荷随着φ的增加而增大 ; 在φ大于 90° 时, 极限载荷随着 φ的增加反而减小 。 σ 41 6 y 对 T T 节点极限强度的影响 依次取 σ = 200M Pa ,σ = 250M Pa ,σ = y y y 300M Pa ,σ y = 354M Pa ,分别计算得出的 T T 节点极 限强度随σ y 的变化关系 : T T 节点极限强度随 σ y 的 增长而有明显的增长 , 且二者之间的增长关系为线 性的 。 σ 41 7 u /σ y 对 T T 节点极限强度的影响 σ σ 依次取参数σ u /σ y = 11 2 , u /σ y = 11 3 , u /σ y = σ σ 11 4 , u / y = 11 5 , 分别计算得出的 T T 节点极限强 度随σ u /σ y 变化的关系 :随σ u /σ y 的增大而增大 , 但增 加的效果不是很明显 。
XW0 = R1 - Y W 0
2 2
( 6)
其中 :点 A i ( X Ai , Y Ai , ZAi ) 为内部相交线上的一点 ; 点 B i 是由点 A i 沿支管轴线方向移动 T 4 距离而得到 的 ; 管节点的焊接厚度 T w 是由 T 1 , T2 和 T3 共同决
( 3)
定的 , 且必须满足 A WS ( 1996) [ 7 ] 规范规定的焊缝 厚度的最小要求 , 因此可表示为
1 引 言
应用于石油 、 天然气结构的管道节点是由不同 形状和尺寸的空心钢管焊接而成 , 这种结构除了可 以运输石油或天然气外 , 还需要支撑整个平台的重 量 。由于管节点不可避免地存在着构件曲率不连续 和加工焊接的缺陷 ,会造成很大的应力集中 ,接头高 应力区容易产生表面裂纹 , 表面裂纹的萌生和发展 会导致节点发生破坏 [ 125 ] 。因此研究平台管节点的 极限强度具有重要意义 。 本文用三维 20 结点等参元模拟焊缝 ,针对圆形
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应 用 力 学 学 报
第 24 卷
面角 ( 如图 4) 和主管曲率的大小 。 一般情况下 , 支管 厚度 tb 是 要 小 于 主 管 半 径 R 1 的 , 且 T1 接 近 于 )。 t b / sin (γ
图 5 模拟焊接节点 图 3 焊缝的几何模拟
为模拟焊趾 W 0 , 要从 两管交线上一点 A 0 向外 延伸一段距离 T2 , 沿着两 管交线 , T2 随角度γ 0 的不 同而变化 , 角度 γ 0 的变化 范围是从假设的最小角度 ( θ = 30° ) 到 180° 。