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

海洋平台中管节点的疲劳寿命由焊缝周围热点应力的分布情况决定.该文采用有限元方法分析了承受轴向力作用下T节点焊缝周围的应力分布规律.通过对140个具有不同几何形状的T节点模型的有限元分析结果.提出了一种基于形函数插值理论的方法预测T节点焊缝周围的应力分布,并且通过比较插值法得到的结果和有限元结果进行比较,验证了这种方法的准确性.     

轴向荷载作用下K型管节点焊缝周围应力分布的参数公式

应用分区产生网格的方法产生了K型节点的有限元模型,计算了在轴向荷载作用下K型节点焊缝周围的热点应力分布情况,并与相关试验结果进行对比分析,验证了所提出的有限元模型的可行性和准确性。通过对1152个K节点模型分析,研究了几何参数对K型节点焊缝周围热点应力分布的影响,发现在几何参数取不同值时热点应力的分布随几何参数的变化发生改变,而且热点应力的位置也随着几何参数的变化在冠点和鞍点之间移动。并在此几何参数分析的基础上,提出了K型节点焊缝周围应力集中系数分布的参数公式,并对参数公式进行了误差分析。对于绝大多数K节点模型,拟合得到的参数公式所计算的焊缝周围应力分布结果是精确可靠的,所以提出的参数公式为工程中K节点疲劳设计和分析提供了参考方法。     

轴力作用下X型焊接管节点热点应力的分布规律

海洋平台中的焊接管节点的疲劳寿命是由热点应力的大小和分布决定.热点应力的大小决定了管节点在疲劳失效前所能承受的循环荷载的次数,而热点应力的位置则决定了疲劳裂纹的萌生位置和扩展方式.文中采用有限元方法分析了承受轴向拉力作用的X型焊接管节点在焊缝周围的热点应力的分布情况,通过对112个X节点进行的模型分析,研究了节点几何参数对热点应力大小和分布规律的影响.     

轴力作用下X型焊接管节点热点应力的分布规律

海洋平台中的焊接管节点的疲劳寿命是由热点应力的大小和分布决定。热点应力的大小决定了管节点在疲劳失效前所能承受的循环荷载的次数,而热点应力的位置则决定了疲劳裂纹的萌生位置和扩展方式。文中采用有限元方法分析了承受轴向拉力作用的X型焊接管节点在焊缝周围的热点应力的分布情况,通过对112个X节点进行的模型分析,研究了节点几何参数对热点应力大小和分布规律的影响。     

轴力作用下K型焊接管节点的应力集中系数分析

该文介绍了K型焊接管节点的几何和数值模拟方法.通过对两个大型的K节点模型的试验测试,得到了K节点在轴力作用下沿着焊缝周围的热应力区内的应力集中系数,并验证了数值结果的准确性.在此基础上,通过对1008个不同几何形状的K节点在轴力作用下应力集中系数的分析,研究了几何参数对K节点应力集中系数的影响.根据模型分析的结果,通过曲线拟合提出了计算轴力作用下K节点应力集中系数的参数公式,并对该公式的精确性进行了评价.     

海洋平台中KK管节点表面裂纹应力强度因子的有限元计算方法

海洋平台中的KK管节点由于长期承受循环载荷而容易在焊缝处产生疲劳表面裂纹.对包含表面裂纹的KK节点的残余寿命的评估依赖于对表面裂纹应力强度因子的准确估算.本文首先提出了KK节点中表面裂纹的有限元网格产生方法,然后采用线弹性断裂力学理论,通过裂纹前缘的位移外推插值法分析了KK节点在轴向力作用下沿着表面裂纹的应力强度因子的分布情况.最后,通过对22个KK节点的模型分析,研究了节点的几何参数和裂纹形状参数对应力强度因子的影响情况.     

一种新的海洋平台管节点应力评估方法

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。     

轴向载荷下多平面DT型管节点 应力集中系数研究

应力集中系数对于海洋平台结构中管节点的疲劳寿命评估至关重要。文章以多平面DT型管节点为研究对象,采用有限元方法分析了轴向载荷作用下沿其弦管—撑管相贯线焊缝的应力集中系数分布。在保证计算精度的前提下尽量减少网格数量,采用分区网格划分方法进行管节点建模。基于有限元分析结果,研究了不同几何形状参数对应力集中系数分布变化规律的影响,拟合得到一组应力集中系数参数公式,并通过两种相对误差验证了该参数公式的有效性。     

海底管线在波流联合作用下疲劳寿命预测方法研究

海底管道悬跨管段在波流联合作用下非常容易发生疲劳破坏.文章在结合所做的一系列试验结果的基础上,建立了管跨在波流联合作用下的涡激振动力学模型.通过模态分析,求得振动方程的固有振型,并以此为基础,综合考虑垂向响应和流向响应对管跨截面处应力的影响以及平均应力存在时对疲劳寿命的影响,运用谱分析理论和疲劳分析理论建立更为合理可靠的海底管线疲劳寿命预测方法.最后通过实例计算,确定平均应力的存在对管跨疲劳寿命的影响程度.     

内环加强管节点疲劳性能研究

本文对无加强和内环加强管节点的应力分布、应力集中系数和疲劳性能进行了试验研究和理论分析。研究结果表明，内环加强能大幅度降低管节点的应力集中系数，改善应力分布状况，并能较大地提高管节点的疲劳寿命。应力集中系数降低的幅度和疲劳寿命提高的程度与加强环的几何尺度有关。研究结果为改善管节点的疲劳性能及管节点的结构优化提供了理论和实践依据。     

Study on hot spot stress distribution of three-planar tubular Y-joints subjected to in-plane bending moment

The three-planar tubular Y-joint (3Y-joint) is the main part of the fatigue assessment of tripod substructures of offshore wind turbines (OWTs). As typical multiplanar tubular joints, 3Y-joints are affected a lot by multiplanar interaction between braces. Moreover, the locations of hot spot stress (HSS) can vary considerably under different load types. Thus, the distributions of stress concentration factor (SCF) and multiplanar interaction factor (MIF) along weld toe curves are necessary to calculate HSS. Considering these requirements, this study focuses on the 3Y-joint considering the wide application of the tripod substructure of OWT. A finite element (FE) analysis method is introduced and validated. Then, a numerical database is established covering common ranges of parameters used in practice. The SCF and MIF of 3Y-joint under in-plane bending moment are analyzed. Distribution formulas are proposed and proved suitable for calculating HSS in engineering design.     

Geometric stress distribution along the weld toe of the outer brace in two-planar tubular DKT-joints: Parametric study and deriving the SCF design equations

Regarding the research efforts expended so far on the calculation of stress concentration factors (SCFs) in tubular joints, two major shortcomings can be noted: (a) significant effort has been devoted to the study of SCFs in various uni-planar connections. Nevertheless, for multi-planar joints which cover the majority of practical applications, very few investigations have been reported due to the complexity and high cost involved; (b) majority of these research works focused on the study of SCFs at certain positions such as the saddle, crown toe, and crown heel, and they have ignored the hot-spot stress (HSS) at other positions along the weld toe. In the present paper, effects of dimensionless geometrical parameters on the SCF distribution along the weld toe of main (outer) braces in the axially loaded right-angle two-planar tubular DKT-joints are investigated. In order to study the multi-planar effect, SCF distribution in two-planar joints is compared with the distribution in a uni-planar joint having the same geometrical properties. A complete set of SCF database is constructed based on the two-planar DKT-joint Finite element models which are verified against experimental results and the predictions of Lloyd’s Register (LR) equations. The FE models cover a wide range of geometrical parameters. Six new SCF parametric formulae are developed through nonlinear regression analyses for the accurate and reliable fatigue design of two-planar DKT-joints under axial loads. An assessment study of these equations is conducted against the experimental data, the original FEM database and the acceptance criteria recommended by the UK Department of Energy.     

肘板趾端表面裂纹在随机波浪载荷作用下的疲劳扩展预报

肘板趾端是船舶与海洋结构的疲劳热点。文章用三维有限元分析了趾端表面裂纹应力强度因子修正系数的变化规律,并与BS7910推荐的典型节点表面裂纹应力强度因子公式计算结果作了对比,结果表明趾端表面裂纹应力强度因子沿深度方向的放大系数和T型节点相差很小,而表面端点应力强度因子修正系数则当裂纹长度在肘板厚度范围内时和T型节点相差很小,超出后则相差较大。以某客滚船上肘板趾端应力范围长期分布服从Weibull分布,产生系列均值为零的应力幅,应力强度因子分别采用有限元结果和BS7910中T型接头公式进行计算,采用单一曲线模型计算该趾端表面裂纹的裂纹扩展。计算等效应力强度因子幅时,考虑焊接残余应力的影响。计算结果表明以T型接头的公式计算趾端表面裂纹应力强度因子和有限元结果相差很小。建议将T型节点表面裂纹应力强度因子计算公式用于趾端表面裂纹应力强度因子的计算,并采用单一曲线模型对随机波浪载荷下作用下船舶典型节点疲劳裂纹的扩展寿命进行了预报。     

对接接头焊趾应力集中有限元分析

研究焊缝几何参数对应力集中的影响,对于提高焊接结构疲劳强度有重要的意义.本文采用有限元方法,计算了双侧对称加强高和单侧加强高的对接接头焊趾处的应力集中系数,分析了几个主要参数,包括焊趾倾角、焊趾过渡圆弧半径和板厚对于应力集中系数的影响,研究了焊趾处应力集中沿板厚方向的变化情况,在分析大量计算结果的基础上给出了估算两种形式的对接接头应力集中系数的经验公式.结果表明,减小焊趾倾角,增大过渡圆弧半径,可以减缓焊趾处截面形状的变化,改善焊趾处的应力集中;板厚的增加使得应力集中系数增大.并且单侧加强高的对接接头应力集中系数小于双侧对称加强高对接接头的,其减小幅度只与θ有关.     

一种复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法

风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨了复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法。并用权函数法计算了给定残余应力分布的表面裂纹应力强度因子。预报了对接焊接接头焊趾处表面裂纹在风暴波浪载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为,结果表明风暴的大小、顺序,初始裂纹尺寸及残余应力对裂纹扩展行为影响明显。合理的风暴模型参数及初始裂纹尺寸的确定对船舶结构的疲劳寿命预报是非常重要的。