Y型管节点数值模拟及疲劳强度分析

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 国内外研究概况
• 1.4 研究的主要内容
• 2 钢管节点疲劳特性基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 无裂纹管节点的应力分析
• 2.3 钢管节点疲劳设计评定
• 2.4 钢管节点应力强度因子
• 2.5 本章小结
• 3 Y 型钢管节点几何模型和有限元网格生成
• 3.1 引言
• 3.2 无焊缝节点贯通曲线的定义
• 3.3 二面角和厚度参数
• 3.4 焊缝节点的模拟
• 3.5 表面裂纹和裂纹尖端的模拟
• 3.6 带表面裂纹Y 型管节点的网格生成器
• 3.7 Y 型管节点网格的完成
• 3.8 本章小结
• 4 应力集中因子和应力强度因子的计算
• 4.1 应力集中因子的计算
• 4.2 应力强度因子的计算
• 4.3 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者攻读学位期间发表学术论文目录