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自升式海洋平台空间KK型管节点疲劳特性研究

作　者: 郭成佺
导　师: 吴卫国
学　校: 武汉理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 自升式海上平台 KK型管节点 模型试验 热点应力
分类号: U674.381
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


管节点是自升式平台结构关键的部位,同时也是最薄弱的环节,海上平台的事故很多都是由于管节点脆性断裂或疲劳破坏所致。目前对平台空间KK型管节点疲劳研究还比较少,本文结合某自升式海上作业平台,采用理论研究、模型试验、数值仿真等多种方法手段,全面深入地研究桩腿结构空间KK管节点疲劳性能。本文研究的主要内容包括：(1)采用模型试验与数值仿真两种方法对自升式海上平台桁架式桩腿结构的典型节点型式——空间KK型管节点的疲劳性能进行了相关研究。试验研究主要是通过开展空间KK型管节点在轴力作用下的疲劳性能试验,重点研究KK型管节点在轴力作用下沿着焊缝周围的热应力区内的热点应力分布、节点的应力集中系数,以及初始疲劳裂纹出现位置和裂纹扩展规律等。基于ANSYS平台建立了空间KK型管节点疲劳性能仿真分析模型,分析研究了空间KK型管节点的几何参数对其疲劳性能的影响,提出了提高空间KK型管节点疲劳性能的设计意见。(2)采用有限元分析软件ANSYS,结合相关海洋平台设计建造规范建立了平台结构强度分析模型,分析平台正常作业工况下所受的环境载荷。对平台在正常作业工况下的结构强度进行了计算,然后根据规范要求对其进行了强度校核。(3)在平台整体强度分析的结果基础上,找出平台桩腿最不利位置,将最不利位置处的KK管节点模型截取出来并重新建立精细模型,然后对管节点进行了疲劳强度分析。从而较准确得到平台桩腿KK管节点应力集中区域热点应力,为自升式海上平台桩腿结构优化提供了参考依据。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-13
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 自升式海洋平台结构特点及典型破坏事故分析  9-10
  1.3 管节点疲劳研究现状  10-11
  1.4 本文的主要研究内容  11-13
第2章 海洋工程结构疲劳损伤机理  13-19
  2.1 结构疲劳的基本概念  13-14
  2.2 疲劳分析的基本方法  14-17
    2.2.1 S-N曲线方法  14-16
    2.2.2 断裂力学方法  16
    2.2.3 可靠性方法  16-17
  2.3 疲劳分析方法优缺点及工程应用  17-19
第3章 空间KK型管节点实验研究  19-37
  3.1 试验研究简介  19-20
    3.1.1 试验概况  19
    3.1.2 试验条件  19
    3.1.3 试验目的  19
    3.1.4 试验内容  19-20
  3.2 试验设计  20-28
    3.2.1 试验试件  20-22
    3.2.2 试验加载装置  22-24
    3.2.3 试验测点布置与测试设备  24-27
    3.2.4 试验加载制度与测试方法  27-28
    3.2.5 试验步骤  28
  3.3 静力试验结果及分析  28-33
    3.3.1 静力测试现象及结果  28-29
    3.3.2 热点应力及应力集中系数分析  29-32
    3.3.3 疲劳寿命估算  32-33
  3.4 疲劳试验结果及分析  33-36
    3.4.1 疲劳测试现象及结果  33-35
    3.4.2 疲劳寿命分析  35-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章 空间KK型管节点疲劳性能仿真研究  37-46
  4.1 仿真研究目的  37
  4.2 管节点仿真模型  37-40
    4.2.1 有限元法基本思想及求解过程  37-38
    4.2.2 单元类型选择  38-39
    4.2.3 网格划分  39
    4.2.4 载荷及边界条件  39-40
  4.3 空间KK型管节点疲劳性能分析  40-45
    4.3.1 仿真结果分析  40-41
    4.3.2 仿真结果与试验结果对比分析  41
    4.3.3 几何参数对热点应力分布的影响  41-45
  4.4 本章小结  45-46
第5章 自升式海洋平台桩腿空间KK型管节点疲劳特性分析实例  46-60
  5.1 概述  46
  5.2 平台整体有限元分析  46-56
    5.2.1 某自升式海上平台简介  46-48
    5.2.2 单元类型  48-50
    5.2.3 平台有限元模型  50-51
    5.2.4 平台正常作业时最不利载荷组合  51-54
    5.2.5 平台整体强度校核  54-56
  5.3 平台桩腿KK管节点疲劳特性分析  56-58
    5.3.1 平台桩腿KK管节点精细划分有限元模型  56-57
    5.3.2 计算结果及分析  57-58
  5.4 本章小结  58-60
第6章 总结与展望  60-62
  6.1 全文总结  60-61
  6.2 创新点  61
  6.3 研究工作展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-65

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 各种船舶 > 工程船 > 海洋开发船 > 钻井船、钻探平台
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