文档介绍：北京石油化工学院学报
第卷第期
19 4
年月 Journal of Beijing Institute of
2011 12
Petro-chemical Technology
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深水立管环缝裂纹扩展和疲劳寿命仿真研究
帅潇贾文卓周灿丰焦向东
1 2 2 2
北京化工大学北京北京石油化工学院北京
(1. , 100029;2. , 102617)
摘要深水立管作为深水生产系统中连接水面浮式装置和海底设备的导管具有非常重
,
要的作用利用三维断裂分析软件对循环载荷下深水立管环焊缝焊接缺陷造成的等效裂纹
。 FRANC3D
进行了裂纹扩展仿真,通过仿真得到了裂纹扩展的形态和特征,计算了疲劳裂纹扩展寿命,并且将计算
结果与标准进行了对比
BS7910 。
关键词未熔合未焊透裂纹扩展疲劳寿命
FRANC3D; ; ; ;
中图法分类号
TE851
海洋深水立管作为连接水面浮式装置和位缝根部间隙为高度为按照全尺
, 2mm。
于海床的海底设备的导管,具有多种可能的结寸模型,焊缝的外表面与立管的外表面齐平。
构例如自由悬挂钢悬链线立管
, (Steel Cate-
顶端张紧立管
nary Risers,SCR)、(Top Ten-
等等深水立管通过
sion Risers,TTR) 。 TTR
张紧器或者浮力罐实现立管张紧,绝大部分长
度是采用螺纹连接器连接而成立管的缺
,TTR
点是难以适应水深很大的浮体漂移立图立管焊接尺寸图
。SCR 1
管主体采用标准长度的钢质管节焊接而成[1],
全尺寸模型是等级的钢
结构形式相对简单。该立管的特点是集海底管 API 5LX-60
管数值模拟中的弹性模量
。-5 /
线与立管于一身,一端连接水下井口,另一端连 E=×10 N
接水面浮式结构对浮体漂移和升沉运 2,泊松比。母材和焊缝区的屈服强
。SCR mm ν=
度分别为 2 和 2
动的容度大,且能适用于高温高压介质环境。。
焊接结构的疲劳寿命对立管整体结构的复合型裂纹断裂判定准则主要有能量释放
SCR
率准则应变能密度因子准则和最大周向应力
安全可靠性起着至关重要的作用,焊缝的抗疲、
劳性能在一定程度上决定了立管的疲劳准则种[2] 根据第三种确定裂纹
SCR 3 。FRANC3D
寿命笔者主要针对立管利用三维断裂扩展方向当最大周向应力达到临界值时裂
。 SCR 。,
分析软件对常见的未熔合与未焊纹失稳扩展裂纹仿真停止
FRANC3D , 。
透导致的环缝裂纹进行了裂纹扩展和寿命预测未熔合缺陷裂纹扩展形态
2
的仿真研究。
焊接标准允许焊缝中有小尺寸缺陷焊缝
立管模型建立与裂纹扩展依据,
中加载的裂纹缺陷符合中的标
1 BS7910 E
以名义直径为英寸的立管为模型外径准[3] 缺陷中心距离最近的表面为图