焊接管结构的非线性推覆简化模型

有限元分析方法中,采用三维实体单元对焊接管结构进行离散是最为精确的建模方法,但对三维实体模型分析时会划分大量单元,导致计算时间冗长。工程中常把焊接管结构简化为刚架模型,即刚性连接的杆系系统。这种建模方式忽略了节点的局部柔度,过高地估计了整体结构的刚度,使计算结果偏于危险。为解决上述问题,在节点处引入虚拟梁单元,使其等效模拟节点的局部变形,还原支管真实长度。为了验证节点柔度对焊接管结构的影响,对典型的焊接管结构缩尺,进行了推覆试验。分别采用壳单元模型、刚架模型及引入虚拟梁单元的简化模型进行有限元模拟,并与试验结果对比分析。结果表明,刚架模型会过高的估计焊接管结构的刚度,而简化模型计算结果与壳模型、试验结果较为吻合。     

五边形空翼缘梁的承载力研究

对五边形空翼缘梁（简称PHFB）在承受跨中集中荷载作用下的破坏过程进行了试验测试和数值模拟,发现该形式的梁在承受集中荷载作用下容易在力作用点处发生局部屈曲,说明在集中力荷载作用下五边形空翼缘梁受局部屈曲作用控制,而传统的工字梁则容易发生整体失稳.在试验测试的基础上,通过有限元模型分析研究了空翼缘梁的几何参数对承载力的影响规律,为空翼缘梁的设计提供参考意见.     

海洋平台K型管节点的疲劳裂纹扩展分析I:试验测试

对承受疲劳载荷的海洋平台K型管节点首先进行了静力测试,确定了沿着焊缝的热应力区的应力分布及热应力区最大应力点的位置,从而判断裂纹产生的位置;然后通过专用测试设备提供循环疲劳载荷,用ACPD(Alternating Current Potential Drop,即交流电流势能落差法)技术检测裂纹的产生和增长过程,得到裂纹最深点,用S-N曲线估算其疲劳寿命.对已有裂纹的K型管节点,用应力强度因子估计其剩余寿命.同时用测试的结果验证了S-N的准确性和可靠性.     

考虑折叠效应的一种钢结构新型梁-柱节点的低周反复试验研究

提出了一种新型钢框架梁-柱削弱节点形式——波纹腹板削弱型节点.这种新型梁-柱节点是将靠近柱翼缘的工字梁腹板局部改成具有折叠效应的波纹腹板来削弱工字梁的抗弯能力,将失效部位从梁-柱节点的焊接部位转移到工字梁波纹腹板所在截面处,达到塑性铰外移的目的.而且波纹腹板还可以阻止受压翼缘在屈服之后发生局部失稳.本文通过低周反复试验考察了波纹腹板削弱型梁-柱节点的抗震性能.试验表明,波纹腹板削弱型梁柱节点的强度破坏出现在波纹腹板处的截面,梁柱连接处的焊缝没有破坏,实现了塑性铰外移的目的;而且由于波纹腹板的支撑作用,翼缘在屈服后没有严重局部失稳.另外,通过和传统梁柱节点对比发现,波纹腹板新型梁柱节点在出现塑性铰后没有出现明显的强度退化现象,波纹腹板削弱型梁柱节点的滞回曲线稳定饱满,具有更好的耗能性能.综上所述,该波纹腹板削弱型梁柱节点起到将塑性铰从梁柱根部外移、护梁柱焊缝的作用,具有良好的延性和滞回耗能性能,可以替代传统梁柱用于钢框架结构.     

矩形钢管混凝土波纹腹板组合梁局部受压承载力研究

利用数值模拟方法对矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁(RCFTFG-CW)的局部承压承载力进行研究。建立了在集中荷载作用下RCFTFG-CW与波纹腹板工字形梁(IG-CW)腹板发生局部承压破坏的有限元分析模型。通过与相关文献结果对比,验证了有限元模型的可靠性。利用验证后的有限元模型研究了RCFTFG-CW的局部承压承载力、应力发展过程以及荷载作用位置对承载力的影响。分析了几何尺寸、材料特性、荷载作用长度(沿梁跨度方向)以及波纹展开长度和波长的比值对RCFTFG-CW局部承压承载力的影响。在参数分析的基础上,提出了RCFTFG-CW的局部承压承载力的设计表达式,并利用有限元分析结果验证了公式的准确性。结果表明,与IG-CW相比,RCFTFG-CW具有更高的局部承压承载力;RCFTFG-CW的局部承压承载力分别与钢管混凝土上翼缘等效惯性矩的1/4次方、腹板厚度、波纹展开长度与波长的比值、荷载作用长度呈线性增长关系;所提出的计算公式能够精确预测RCFTFG-CW的局部承压承载力。     

海洋平台K型管节点的疲劳裂纹扩展分析Ⅱ:数值分析

对于已含初始裂纹平台管节点的寿命预测很大程度上依靠应力强度因子的精确值,而复杂载荷条件下的节点应力强度因子的计算尚无参数方程直接确定.本文提出了一种含表面裂纹的K节点的有限元网格产生方法,即把整个K节点划分为几个子区域,每个子区域的网格具有不同类型的单元和不同的密度.这种方法在控制网格密度,尤其是控制沿着裂纹边缘单元的边长比方面有其独特的优越性,当所有子区域的网格自动产生后,容易得到整个结构的有限元模型.同时用J积分和位移外推插值法分别计算了一个K型节点沿着裂纹前缘的应力强度因子值,发现:试验得到的应力强度因子值和提出的模型计算结果非常吻合,证明了所提有限元模型的准确性.     

带有钢槽阻尼器的梁柱节点滞回性能研究

结构中最危险部位通常出现在梁柱节点处,在地震作用下,该处会因不能够吸收地震能量,而产生过大局部屈曲,造成严重后果．基于以上考虑,本文提出了一种新型的钢槽阻尼器抗震（SSD）设计,它是由宽翼缘截面型钢在腹板位置按照一定要求切割出一些缝隙制作而成的,并将其连接在梁的下翼缘上．这种结构有良好的滞回性能,耗能能力强．此外,受荷时节点的主要变形和能量消耗均集中在钢槽阻尼器上．为了研究钢槽阻尼器的存在对梁柱节点滞回性能的影响,用有限元软件ABAQUS对4个梁柱节点模型进行了分析．研究发现,钢槽阻尼器能有效的改善梁柱节点的滞回性能,有利于节点抗震．之后,对钢槽阻尼器节点进行参数分析,参数主要包括钢槽的宽度日和高度晶．通过参数分析,得出参数的影响规律．     

服役后API 5L X56钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验研究

为研究服役后X56双层海底管道钢的疲劳裂纹扩展速率,对外层管上截取的标准紧凑拉伸试样分别在空气和海水环境下进行不同最大疲劳载荷(P_max=9 kN,10 kN,12 kN)的疲劳裂纹扩展试验。与空气环境中CT试样的疲劳裂纹扩展速率相比,裂纹生长至15.38 mm时,9、10、12 kN载荷下海水环境中CT试样的疲劳裂纹扩展速率分别提高了1.82倍、1.54倍、1.43倍;随着裂纹扩展长度增大,外界载荷起主导作用,海水腐蚀的影响越来越小。综合分析最大疲劳载荷对疲劳裂纹扩展的影响,结果发现相同裂纹长度的前提下,疲劳载荷增加,应力强度因子幅值(ΔK)和疲劳裂纹扩展速率(da/dN)增加,海水腐蚀影响逐渐减小。疲劳裂纹扩展试验中所施加的最大疲劳载荷对CT试样的疲劳寿命具有较大影响,对Paris常数的影响较小。扫描电镜下CT试样的疲劳断口均为穿晶型断裂。海水环境中CT试样的疲劳断口表现出更多的二次裂纹和更高的撕裂脊。随着最大疲劳载荷增加,解理断裂形成的解理台阶晶面面积和高度差逐渐增大,疲劳断口越粗糙,解理特征越明显。     

Euler-Bernoulli海洋立管涡致强迫振动响应研究

针对海洋立管(Pipe-in-pipe,PIP)系统在海水作用下发生的振动问题,开展了对PIP系统在涡致强迫振动下的动力学响应研究,分析了在涡致强迫振动下海洋立管外管直径、轴向拉力、外激力频率对海洋立管位移响应的影响规律。基于Euler-Bernoulli双梁模型,采用Lamb-Oseen涡模型,建立了动力学模型,利用格林函数法求得该强迫振动的稳态响应。结果表明,随着管道直径增加,外激力增加,产生最大力幅值的位置离管道越远;轴向拉力对外部管道的影响较大,对内部管道的影响较小;无因次频率取0.4时,外部管道位移超出允许变形极限,内外管壁发生周期碰撞,易对海洋立管造成损伤。     

内置垫板加强T型管节点在平面内弯曲荷载作用下的静力强度研究

利用有限元分析软件ABAQUS对平面内弯曲荷载作用下内置垫板加强T型圆钢管节点的静力强度进行研究.有限元模型的有效性和准确性用T型圆钢管节点的实验结果验证通过之后,运用欧洲规范中提出的在平面内弯曲荷载作用下未加固T型圆钢管节点的承载力计算公式计算了20个未加固的T型圆钢管节点的静力强度,并运用提出的有限元模型计算了相应的320个涵盖不同节点几何参数和垫板几何参数的内置垫板加强的T型圆钢管节点模型的静力强度,对比加固与未加固节点的静力强度,详细分析了垫板几何参数对静力强度的影响和失效模式,结果表明垫板长度参数的改变对加固后的T型圆钢管节点的静力强度的影响不大,垫板厚度参数对静力强度的提高大致成线性影响.