本文關鍵詞：基于裂紋損傷的新型復合立管剩余強度研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：立管作為海洋油氣資源開發(fā)必不可少的設備之一,它連接了海底采油設備和海平面的作業(yè)平臺。與淺海立管相比,深水立管所處的環(huán)境更為惡劣。在深海采油領域中,復合立管由于結構形式比較豐富、力學性能優(yōu)良應用越來越廣泛。深水立管受到環(huán)境載荷、材料腐蝕、疲勞裂紋等因素的不利影響,造成立管整體抵抗力衰減,影響了結構服役的安全性和持久性,從而對海上環(huán)境造成了威脅。為了避免海上事故的發(fā)生和造成不必要的經濟損失,立管結構的性能評估備受關注,而損傷結構的剩余強度研究是立管性能評估的關鍵內容。本文以新型復合立管為研究對象,首先分析了在典型工況下立管整體強度,確定了損傷敏感區(qū)域,并基于斷裂力學原理確定時變裂紋尺寸。在此基礎上針對關鍵易損構件,考慮材料腐蝕和疲勞裂紋兩種因素影響,對立管結構剩余壽命和剩余強度的變化進行了深入研究。具體研究工作如下:1、簡單介紹了表面裂紋及損傷后海洋結構物極限強度的研究現(xiàn)狀,詳細介紹了結構極限強度的計算方法。2、闡述了基于斷裂力學原理的疲勞裂紋擴展方法與求解過程中結構存在的非線性問題,并引入多尺度建模思想對新型復合立管局部損傷進行分析。3、根據(jù)立管結構形式與設計參數(shù),推導出復合立管螺旋鋼帶層彎曲剛度的計算公式,并使用ABAQUS有限元軟件對新型復合立管在彎曲載荷下的響應進行了有限元分析,將理論推導結果與有限元計算結果進行對比,驗證了計算公式的正確性。4、根據(jù)立管結構整體應力分布,確定熱點位置,并建立了多尺度模型;基于斷裂力學裂紋擴展原理確定了時變裂紋尺寸,研究了表面裂紋在長度和深度兩個方向的擴展規(guī)律,并探討了表面裂紋在兩個方向擴展過程中相互影響規(guī)律;考察了初始裂紋尺寸、腐蝕壁厚因素對立管剩余壽命的影響。5、建立了含時變裂紋損傷的關鍵構件模型,得到關鍵構件在時變裂紋損傷下剩余強度的變化規(guī)律。選擇裂紋損傷對立管整體承載力影響較大的區(qū)域為研究對象,分析了初始裂紋尺寸及腐蝕壁厚因素對立管結構剩余強度的影響。
【關鍵詞】：新型復合立管 裂紋損傷 剩余強度 多尺度有限元 非線性分析
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE95;P756.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 課題研究的背景和意義12-13
• 1.2 裂紋損傷對海洋鋼結構剩余強度的研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 表面裂紋研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 剩余疲勞壽命的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 剩余強度研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.4 極限強度計算方法17-19
• 1.3 論文主要研究內容及創(chuàng)新點19-22
• 第2章 含裂紋損傷結構的極限強度研究方法22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 裂紋的種類22-23
• 2.3 基于斷裂力學的疲勞裂紋擴展23-25
• 2.4 非線性有限元法25-32
• 2.4.1 非線性因素和基本流程25-26
• 2.4.2 非線性有限元解法26-32
• 2.5 多尺度有限元方法32-33
• 2.6 本章小結33-34
• 第3章 新型復合立管多尺度模型的構建34-55
• 3.1 引言34
• 3.2 單節(jié)立管有限元模型34-37
• 3.2.1 新型復合立管的簡介34-35
• 3.2.2 復合立管的基本參數(shù)35-37
• 3.2.3 單節(jié)立管有限元模型的建立37
• 3.3 環(huán)境載荷與邊界條件的確定37-43
• 3.3.1 立管作業(yè)海況資料37-40
• 3.3.2 海流載荷40
• 3.3.3 波浪載荷40-42
• 3.3.4 立管的邊界條件42-43
• 3.4 立管等效剛度43-49
• 3.4.1 彎曲響應理論43-46
• 3.4.2 新型復合立管等效剛度的驗證46-49
• 3.5 結構損傷敏感區(qū)的確定及多尺度模型構建49-53
• 3.5.1 結構損傷敏感區(qū)域的確定50-51
• 3.5.2 立管多尺度模型的構建51-53
• 3.6 本章小結53-55
• 第4章 新型復合立管的剩余疲勞壽命研究55-75
• 4.1 引言55
• 4.2 疲勞裂紋尺寸的確定55-64
• 4.2.1 初始疲勞裂紋尺寸的確定55
• 4.2.2 裂紋擴展參數(shù)的選取55
• 4.2.3 疲勞裂紋擴展的判斷55-57
• 4.2.4 臨界裂紋尺寸計算57
• 4.2.5 疲勞裂紋擴展計算方法57-64
• 4.3 裂紋擴展下復合立管疲勞壽命分析64-71
• 4.3.1 熱點區(qū)域裂紋損傷下的疲勞壽命65-67
• 4.3.2 初始裂紋尺寸對疲勞壽命的影響67-71
• 4.4 壁厚腐蝕對復合立管疲勞壽命的影響71-73
• 4.5 本章小結73-75
• 第5章 裂紋損傷下新型復合立管的極限強度研究75-85
• 5.1 引言75
• 5.2 關鍵構件模型的建立75-77
• 5.3 關鍵構件極限強度的研究77-83
• 5.3.1 無損條件下關鍵構件的極限強度計算77-78
• 5.3.2 關鍵構件損傷下的剩余極限強度分析78-80
• 5.3.3 壁厚腐蝕對關鍵構件剩余極限強度的影響80-83
• 5.4 本章小結83-85
• 第6章 總結與展望85-87
• 6.1 論文主要研究工作及結論85-86
• 6.2 未來展望86-87
• 參考文獻87-90
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文90-91
• 致謝91

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