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原文传递新型海洋平台管节点加强研究

论文题名：	新型海洋平台管节点加强研究
关键词：	管节点强度;加强方法;锥形套管;应力集中;强度储备
摘要：	现有的管节点加强方法都是针对节点在承受某种特定的基础载荷的情况下是有效的，每种加强方法有着各自的局限性和不足。因此本文根据半潜式平台立柱与浮体连接的结构形式(箱型节点)提出了一种新的管节点加强方法，在弦管与撑管连接处用一个锥形套管进行加强，以改善管节点处应力集中和强度储备不足的情况。本文利用试验和数值计算相结合的方法，分析了T、X型管节点利用锥形套管加强后的极限强度和应力集中问题。主要进行了以下几个方面工作： (1)对管节点极限强度和应力集中问题的有限元计算基本理论进行了介绍，并在有限元计算软件Patran—Marc的基础上，通过几何模型的对称性、网格大小划分、材料特性、载荷以及边界条件的施加等各方面的具体分析，针对极限强度和应力集中系数两种不同的分析目的建立了不同的分析模型。 (2)对用锥形套管加强的T、X型管节点进行试验分析。根据位移计测量得到的撑管端部位移随外载荷变化曲线，确定套管加强后节点的极限强度，验证本文用于计算节点极限强度模型的准确性和可靠性。通过应变片测量得到的应力，确定了套管加强后节点的应力分布。并与有限元计算结果对比，验证本文用于计算套管加强T、X型管节点应力集中系数的有限元模型的准确性和可靠性。 (3)分析套管加强T、x管节点在轴向力作用下的极限强度，并对数值计算结果作参数正交分析。明确影响T型管节点加强后节点在轴向力作用下极限强度的主要参数有套管横轴，套管纵轴以及套管高度。套管厚度对加强后节点的极限强度几乎没有影响；对于套管加强X型管节点，套管高度和套管厚度对于加强后节点在轴向力作用下极限强度都是不敏感因素，套管横轴和纵轴对加强后节点的极限强度有很大的影响。根据分析结果，还用回归分析方法得到了套管加强T，x型管节点在轴向压力和轴向拉力作用下的极限强度简易计算公式。 (4)对套管加强T，X管节点在平面内弯矩和平面外弯矩作用下的极限强度作单独计算，并对数值计算结果作参数正交分析。明确套管加强T，x型管节点在平面外弯矩作用下套管纵轴和套管厚度对于加强后节点的极限强度是不敏感因素，套管横轴和套管高度是敏感因素。当套管加强T，X型管节点在平面内弯矩作用下，套管横轴，纵轴和套管厚度对于加强后节点的极限强度都是不敏感因素，套管高度是敏感因素。根据分析结论和大量计算结果，利用回归分析方法得到了套管加强T，x型管节点的在平面内，外弯矩作用下极限强度简易计算公式。 (5)分析套管加强T、X型管节点在轴向力、平面内弯矩和平面外弯矩作用下的应力集中系数。明确套管加强T，x型管节点在轴向力作用下，最大应力集中系数产生在套管与弦管连接部位的鞍点，对该处影响最大的套管参数为套管的横轴；套管加强T，X型管节点在平面内弯矩作用下，最大应力集中产生在套管与撑管连接部位的冠点，对该点应力集中系数影响最大的参数是套管高度；套管加强T，X型管节点在平面外弯矩作用下最大应力集中产生在套管与弦管连接部位的鞍点，对该处影响最大的参数为套管横轴。根据分析结论和数值计算结果，利用回归分析方法得到了套管加强T，X型管节点的在轴向力、平面内、平面外弯矩作用下应力集中系数简易计算公式。 (6)综合考虑套管参数对加强后节点极限强度和节点应力集中系数的影响，得到的最佳参数组合既可以有效提高加强后节点的极限强度又可以有效降低节点的应力集中系数。给出了锥形套管的设计和加工方法。
作者：	冯琦
专业：	船舶与海洋工程
导师：	谭家华
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文