深海耐压结构是深海装备和人员安全的基础保障以及设备发挥正常功效的载体。采用高强度钢设计制造的深海耐压结构对于缺陷、局部应力集中的敏感程度增加,甚至个别局部的微小偏离都可能导致结构过早破坏,深海耐压结构受载荷和海水腐蚀的联合作用所引起的损伤,往往比它们单独作用所引起的损伤相加要严重得多。我国已将"深海空间站技术"列入国家中长期科技发展规划,当前开展的深海空间站技术研究与世界先进国家处于同一起跑线,对深海耐压结构技术的研究才刚刚起步,尚未完全建立深海耐压结构完整性评估方法,我国船用980钢的工程实际应用刚刚开始,缺乏深海耐压结构完整性评估所必需的方法、标准和数据。因此开展高强度钢深海耐压结构海水腐蚀增长模型及几何表征方法,深海耐压结构腐蚀疲劳寿命概率评估方法,含缺陷的耐压结构极限承载能力计算方法等研究,建立深海耐压结构完整性概率评估方法,具重要的理论意义和工程实用价值。
seawater corrosion model;corrosion fatigue damage;ultimate strength of imperfect;welding residual stress;deep-sea structural integrity
深海耐压结构是深海装备和人员安全的基础保障以及设备发挥正常功效的载体。采用高强度钢设计制造的深海耐压结构对于缺陷、局部应力集中的敏感程度增加,甚至个别局部的微小偏离都可能导致结构过早破坏,深海耐压结构受载荷和海水腐蚀的联合作用所引起的损伤,往往比它们单独作用所引起的损伤相加要严重得多。 我国已将“深海空间站技术”列入国家中长期科技发展规划,当前开展的深海空间站技术研究与世界先进国家处于同一起跑线,对深海耐压结构技术的研究才刚刚起步,尚未完全建立深海耐压结构完整性评估方法,缺乏深海耐压结构完整性评估所必需的方法、标准和数据。因此开展高强度钢深海耐压结构完整性理论与试验研究具重要意义。 本课题采用理论研究、数值仿真和模型试验相结合的方法,开展深海耐压结构完整性安全性研究,取得了以下一些主要研究成果 (1)基于ANSYS的APDL语言进行二次开发,建立了高强度钢焊接残余应力数值仿真方法,通过系列数值计算得到了典型耐压结构的焊接残余应力及其分布规律。 (2)开展含缺陷的深海耐压结构极限承载能力计算方法研究,建立了计及初始几何偏差影响的深海耐压圆柱壳结构强度与稳定性理论计算方法、考虑坑点腐蚀影响的深海耐压结构强度和极限承载能力数值计算方法。 (3)开展海水腐蚀预测模型研究,提出了腐蚀坑点的临界尺寸和结构腐蚀剖面的分形几何表示方法。进行HTS-B高强度钢典型焊接节点的低周疲劳试验研究,得到了HTS-B高强度钢低周疲劳试验数据,基于断裂力学建立了腐蚀疲劳的概率评估方法。 (4)开展材料特性、海水腐蚀及初始缺陷对深海耐压结构安全性影响的研究,在此基础上建立了深海耐压结构优化设计方法和可靠性评估方法,完成深海空间站典型耐压结构强度和稳定性设计计算,以及深海耐压结构疲劳寿命和可靠性评估。