海上平台管节点焊接接头脆性断裂的模拟研究

本文应用3种类型焊接宽板拉伸试验模拟研究了海上平台管节点应力集中部位焊接接头脆性断裂的起始行为,获得了两种平台结构钢A131和A537焊接接头的脆性断裂转变温度及裂纹容限。

不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点试验研究

不锈钢复合钢材是一种成本低、强度高、耐腐蚀性能优异的高性能钢材,其在对耐腐蚀要求高的工程结构应用中尤其具有竞争力。该文旨在通过试验,研究不锈钢复合钢材焊接方管T形节点在静力和低周往复荷载作用下的力学性能,设计、制作了4个管节点试件并完成了加载,基于试验结果重点研究了各管节点试件的试验过程、破坏模式、荷载-位移响应和应变发展等;按中国规范GB 50017和欧洲规范EN 1993-1-8进行了节点承载力计算,并与试验值进行了对比。研究结果表明,对于支管承受轴向压力的管节点试件,以主管上表面塑性破坏为主;对于支管承受水平低周往复荷载的管节点试件,以主管上表面塑性变形和主管与支管之间连接焊缝断裂破坏为主;当管节点破坏模式符合现行规范GB 50017和EN 1993-1-8中规定时,相关承载力计算公式仍适用于此类不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点的设计计算。

焊接管节点疲劳研究综述

为加深对焊接管节点疲劳问题的认识,对焊接管节点名义应力法、热点应力法、切口应力法和断裂力学法4种常用疲劳评估方法应用现状和存在问题进行介绍,从疲劳效应(热点应力集中系数)和抗力(热点应力幅S-N曲线)2个方面对首推的热点应力法研究现状进行总结,探讨了管节点结构形式的发展趋势。结果表明:焊接管节点常用四大疲劳评估方法中名义应力法应用最广,但过于保守,热点应力法最被推崇,但仍有待进一步完善,切口应力法实施难度大,尚未在规范中使用,断裂力学法则适用于剩余疲劳寿命评估;对于传统的圆形和矩形钢管节点,已形成了较为系统的热点应力评估方法,对热点应力集中系数最大值可能发生位置、外推区域、热点应力集中系数计算公式、壁厚效应修正系数等方面进行了明确的规定;在传统的圆钢管和矩形钢管节点基础上,创新节点形式,提出了钢管混凝土节点、PBL加劲型钢管混凝土节点、圆管-方管节点和鸟嘴式节点,对比传统钢管节点,钢管混凝土节点热点应力集中系数降幅在25%以上,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点降幅在50%以上,圆管-方管节点和鸟嘴式节点降幅则介于圆形钢管和矩形钢管节点之间。

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。

直接焊接KT型搭接方管节点破坏类型的有限元分析

利用ANSYS程序对KT型搭接方管节点的破坏类型进行了有限元分析,主要分析了支杆与弦杆边长比、弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比对节点破坏类型的影响。分析得出节点主要发生4种类型的破坏:受拉支杆一侧弦杆上表面局部屈曲破坏;弦杆上表面塑性破坏;受拉支杆强度破坏;弦杆弯曲破坏。弦杆无轴压作用时,弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比越小节点越易于发生第3类破坏,支杆与弦杆边长比为大值或小值时发生第3类破坏的节点均多于支杆与弦杆边长比为中间值的情况。弦杆有轴压作用时,随弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比增大,节点由较多发生第3类破坏过渡到第2类破坏,最后到第1类破坏。随着支杆与弦杆边长比增大,发生第1类破坏的增多,支杆与弦杆边长比为0.8的部分节点发生了第4类破坏。

X型插板焊接方管节点轴压承载力的有限元分析

以X型插板焊接方管受压节点的试验数据为基础,运用ABAQUS软件对节点进行了模拟分析,校验了节点轴压极限承力、应变分布和破坏模式等方面的非线性有限元建模方法.研究结果表明:在承受轴压作用时,节点焊缝附近的插板局部屈曲,平面外失稳而倾斜;插板板厚相对于方管的较小,工程中应采取增加插板厚度或在插板两边设置加劲肋等加强措施;节点的塑性变形能力较差,使得破坏呈脆性.

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。

基于临界距离理论预测T型管节点的疲劳强度

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。

轴力作用下焊接方管Π型节点的极限承载力分析

目前规范中还未规定Π型构造形式的方管节点承载力计算公式。该文在经过试验验证有限元分析准确性的基础上,基于两种方管不同区域的材料本构关系模型,利用Abaqus软件对85组在轴力作用下的节点进行了数值模拟,得到了方管Π型节点在轴力作用下的极限承载力。随后,通过参数化分析和多元回归,得出影响Π型节点极限承载力的因素以及修正的承载力计算公式。结果表明,支管-主管宽度比β对节点极限承载力和初始刚度影响较大,增大支管宽度,能够显著提高节点的极限承载力,支管上施加的荷载由主管上表面的抗弯、抗剪作用和主管侧壁共同承担,节点的破坏模式也取决于β;主管宽厚比2γ越大,意味着主管上翼缘和支管连接区域变得更加细长,降低了主管上翼缘的抗弯刚度,节点承载力和初始刚度因此降低;支管-主管高宽比η和支管间距g对节点极限承载力有一定影响,增大支管截面的高度和支管间隙,即增大了沿主管纵向方向的支管、主管相交区域,使得支管在主管翼缘更宽的区域传递荷载,节点的塑性区域更大,材料利用更充分,因此提高了节点的承载能力;支管-主管厚度比τ对节点极限承载力和初始刚度影响不大,支管的壁厚增加,提高了支管的承载力,但节点最终破坏是主管上翼缘达到屈服破坏而并非支管破坏,因此支管厚度的变化对节点承载能力影响不明显。根据有限元模型的分析结果,通过曲线拟合提出了计算方管Π型节点极限承载力的参数方程,并对该方程的准确性进行了评价,为这类节点的进一步研究和工程应用提供了参考。

焊接管节点结构形式发展及疲劳性能对比

为研究不同类型焊接管节点疲劳性能差异,梳理焊接管节点结构形式发展和构造创新,总结各类节点热点应力集中系数静力试验和疲劳试验成果,回归分析给出各类节点用于疲劳设计的热点应力幅-循环次数(S_h-N)曲线,并从热点应力幅曲线和热点应力集中系数两方面,对比各类节点疲劳性能差异。结果表明:对于S_h-N曲线,当钢管板厚t≤4 mm时,焊缝缺陷成为影响疲劳强度的主要因素,使得疲劳强度显著降低;现行规范中,CIDECT规范(Design guide No.8)的S_h-N曲线对各类节点设计均偏于危险,DNV-RP-C203的S_h-N曲线可适用于方形鸟嘴式钢管节点和钻石形鸟嘴式钢管节点疲劳设计,但对于其他节点设计偏危险;API RP 2A-WSD中的X’曲线的疲劳强度低于X曲线的,X’曲线适用于鸟嘴式节点和传统的圆形、矩形钢管节点及相应的主管内填混凝土节点设计,X曲线对任何节点设计均偏危险;在相同的几何参数β、2γ和τ(β、2γ、τ分别为支主管宽度比、主管宽厚比及支主管厚度比)下,各类节点的疲劳性能优劣顺序为,圆形钢管混凝土节点、圆形钢管节点、矩形钢管混凝土节点、矩形钢管节点;圆管-矩形钢管混凝土节点疲劳性能略优于矩形钢管节点的疲劳性能,圆管-矩形钢管节点疲劳性能劣于矩形钢管节点的疲劳性能;当β≤0.7时,建议采用方形鸟嘴式钢管节点和钻石形鸟嘴式钢管节点。

H_2S Stress Corrosion Tests of Welded Joint for X65 Pipeline Steel and Finite Element Numerical Analysis of Crack Tip

The microstructure of welded joint is surveyed and the mechanical properties of X65 pipeline steel are studied in this paper, which provides experimental basis of performance effect on stress corrosion. H 2S stress corrosion cracking (SCC) tests on the steel are carried out in the environment based on NACE TM- 01-77 solution. The threshold stress intensity factor and crack propagation velocity for base metal and HAZ are obtained. The susceptibility of welded joint for X65 pipeline steel to H 2S stress corrosion cracking is investigated. The programming package ANSYS of finite element model (FEM) is used to perform the three-dimensional elastic-plastic finite element analysis of WOL specimens. Stress field and concentration of hydrogen distribution property of the crack tip are obtained.