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49 卷第 4 期( 总第 184 期) 2008 年 12 月
中国造船
SH IPBU I I G O F CH I LD N NA
. V o l 49 N o. 4 ( Serial N o. 184) D ec. 2008
文章编号: 100024882 ( 2008) 04200522009
FPSO 典型焊接接头残余应力释放
及其对疲劳强度的影响
李良碧, 王自力摘要
( 江苏科技大学船舶与海洋工程学院, 江苏镇江 212003)
为了在估算结构疲劳强度时计及残余应力释放的作用, 合理地解释在以往焊接接头疲劳试验中不能解
释的试验结果, 借助三维弹塑性有限元法, 研究了 FPSO 典型焊接接头在任意变幅循环载荷作用下的残余应力释放规律, 建立了在任意变幅循环载荷作用下残余应力释放大小与残余应力和外载荷大小之间的计算公式, 从而定量地分析了残余应力的释放, 提高了疲劳强度估算的准确性和可靠性。
关键词: 船舶、舰船工程; FPSO ; 焊接接头; 残余应力释放; 疲劳; 有限元法
中图分类号: U 661. 4 文献标识码: A
引言
当焊接结构由外载荷产生的应力和残余应力相叠加时, 常常会使应力超过材料的屈服强度, 一部分与残余应力相关的弹性应变就转化为塑性变形, 因此, 残余应力就产生了释放现象, 即残余应力在循环载荷的作用下逐渐消失[ 1~ 3 ]。众所周知, 船舶等结构在服役期间, 由于波浪载荷所产生的应力与初始残余应力叠加, 会使结构提
前到达材料的屈服应力, 在很大程度上降低了结构的疲劳强度。但实际上, 船舶服役前, 如进行油船试验和压载, 船舶焊接结构所承受的静载荷远远大于在服役期间所承受的常规波浪载荷[ 4 ] , 结构中较高的初始残余应力已被释放。浮式生产储油卸油船(FPSO ) 和海洋平台等承受波浪载荷作用的结构, 特别是油船和散货船的腹板框架结构, 对残余应力释放特别敏感[ 5 ]。尽管国内外众多学者对残余应力的释放进行过一些探讨[ 1~ 12 ] , 但很少有文献报导从疲劳角度来定量地分析焊接残余应力释放及其对疲劳强度的影响, 因此, 常有一些焊接结构的疲劳试验结果不能被合理地解释[ 13, 14 ]。本文借助三维弹塑性有限元法, 研究了在任意变幅循环载荷作用下残余应力释放的规律, 建立了在任意变幅循环载荷作用下残余应力释放大小与残余应力和外载荷大小之间的计算公式, 最后分析了残余应力释放对结构疲劳强度的影响, 合理地解释了某些疲劳试验的结果。
典型焊接接头残余应力释放的有限元分析
本文借助较简单的内应变有限元法[ 15 ] 来模拟焊接残余应力, 借助弹塑性有限元法分析残余应力的①将内应变输入模型; ②通过应力和应变的自平衡分析得到初始残余应变和应力;
释放, 分析步骤如下:
收稿日期: 2007204230; 修改稿收稿日期: 2008202220
49 卷第4 期( 总第184 期) 李良碧, 等: FPSO 典型焊接接头残余应力释放及其对疲劳强度的影响 53
③利用弹塑性有限元法, 分析在不同的外载荷作用下残余应力的释放。须指出的是, 由于