海洋平台结构中的管道节点由于受风、浪、流、冰和潮汐等疲劳载荷的长期作用,在焊缝处易产生裂纹,裂纹的不断扩展将降低结构的承载力,影响其安全性。一旦裂纹穿透管壁,管道内部的油气将发生泄露,这不但造成管道内部的压力降低和油气的泄漏,更将引起环境污染、火灾、爆炸等二次灾害。目前评价管节点的疲劳寿命基本上采用的是S-N曲线法,该法只能预测管节点的整体使用寿命,而不能衡量出现裂纹后管节点的残余寿命。由于管节点表面裂纹从萌生到穿透整个管道壁仍需要一定时间,因此研究疲劳裂纹的扩展过程可更精确地预测管节点的疲劳寿命。项目组采用边界元-有限元耦合法模拟表面裂纹,计算了各点的应力强度因子,同时用ACPD测试技术对完全叠接关节点进行跟踪和检测,从数值模拟和实验测试两方面得到疲劳裂纹扩展规律,提出了用于工程设计的应力强度因子参数公式,从而预测管节点的疲劳寿命。
英文主题词pipeline node; surface crack; stress intensity factor;numerical simulation;ACPD testing techniques