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第24卷第5期计算力学学报 Vol . 24 , No . 5
2007 年 10 月 Chinese Journal putational Mechanics October 2007
文章编号:1007 4708 (2007) 05 0643 05
海洋平台 K型管节点的疲劳裂纹扩展分析
I :试验测试
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张宝峰1 , 曲淑英 1 , 邵永波1 , 杨春秋2
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(1. 烟台大学土木工程学院,烟台 264005 ;2. 大连理工大学工程力学系,大连 116023)
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摘要:对承受疲劳载2荷的海洋平台2 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。
关键词: K 型管道节点;ACPD 技术;裂纹增长;疲劳寿命;S N 曲线;应力强度因子
中图分类号: TU398 文献标识码:A
和表面裂纹的精确模拟,且必须依靠试验结果的验
1 引言
证。而要通过试验验证数值结果的精确性,就必须
K 型管节点广泛应用于海洋平台中,作为支撑准确地测出疲劳试验过程中裂纹的产生和增长过
结构,这些节点常3年承受由海浪和风所造成的循环程。
载荷。因此,疲劳破坏是经常发生的一种现象。由工程中, K 型节点承受的是非常复杂的组合载
于表面裂纹常出现在焊缝处,而此处的曲率不连续荷。但是在组合载荷中,通常一种或者两种载荷是
和由于焊接造成的初始缺陷导致焊缝处应力集中。占主要地位的。对于 K 型节点来说,轴向载荷和
表面裂纹的产生和扩展将造成结构在强度上的减平面内弯曲载荷是两种最重要的载荷。因此本文
弱。一旦裂纹穿透管壁,不但发生渗漏现象,更将测试了一个大型 K 型管状节点承受轴向力和平面
导致结构的失效,而要修补水下管是非常昂贵的, 内弯曲的疲劳实验。在实验过程中,裂纹形状的发
[3 ]
因此,对于 K 型管节点的疲劳分析是非常重要的。展通过 ACPD 技术跟踪,并在疲劳试验前,用静
估计 K 型管节点的疲劳寿命最常用的方法是力试验去确定沿着焊缝的应力分布以及最大应力
[1 ,2 ] 点的位置。测试结果验证了曲线预测节点
依照 S N 曲线。当 K 型节点承受疲劳载荷时, S N K
热点应力区的应力范围可以通过有限元分析或试寿命的精确性和可靠性,且得到了裂纹扩展过程中
各阶段与 Paris 公式相关的应力强度因子值。
验测试得到,节点的疲劳寿命就可以从 S N 曲线
上预估到。但是,这种方法只适用于无裂纹的 K 2 K节点试件和测试装置
型管节点。如果一个 K 型节点有初始裂纹, S N
实验中使用的 K 型管节点试件的基本尺寸如
曲线就不能用来估计此节