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《管線鋼疲勞性能及海底管道渦激振動疲勞壽命預(yù)測研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文摘要海底管道是海上油氣生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，是海上油氣田的生命線。它的安全與否將直接影響海上油氣生產(chǎn)。無論是埋設(shè)于海底還是裸置于海床上，海底管道都有可能由于波浪和潮流的作用被沖刷而形成懸跨。而懸跨管道一旦發(fā)生渦激振動，很容易由于共振產(chǎn)生的大的周期性位移和應(yīng)力而發(fā)生疲勞破壞。因此，有必要針對管線鋼的疲勞性能以及海底管道渦激振動的疲勞壽命預(yù)測模型進(jìn)行仔細(xì)研究。由于海底管道發(fā)生渦激振動時所受到的載荷比較復(fù)雜，其載荷譜中大小載荷塊的加載順序往往是隨機(jī)的?？紤]到變幅疲勞中加載順序可能對疲勞壽命有重要影響，本文首先通過試驗對X5
2、2管線鋼在不同加載順序下的變幅疲勞行為進(jìn)行了研究。實驗結(jié)果表明，在超載比為1．3的條件下裂紋擴(kuò)展速率降低了一個數(shù)量級，證明X52鋼有遲滯效應(yīng)存在。從斷面的SEM圖片可以看到遲滯半徑內(nèi)的斷口處存在大量的二次裂紋，二次裂紋的出現(xiàn)吸收了裂紋擴(kuò)展過程中的部分能量，使得裂紋擴(kuò)展速率下降，同樣表明了遲滯效應(yīng)的確實存在。根據(jù)公式f塑1。洲6K一△吒艫，可以得出超載比為1．3時裂紋擴(kuò)展的遲L枷％一。滯系數(shù)U=o．2755。由于管道壁厚的限制，有些管線鋼材料無法通過標(biāo)準(zhǔn)實驗方法測得其斷裂韌性參數(shù)。本文還研究了利用管線鋼的沖擊韌性估算斷裂韌性的方法，給出了X52鋼的沖
3、擊韌性與斷裂韌性之問關(guān)系。同時API579標(biāo)準(zhǔn)中給出的關(guān)系進(jìn)行了修正。本文通過使用ABAQUS有限元軟件對管跨長度、管道慣性矩、渦流力及管道軸向力對管道動力相應(yīng)的影響進(jìn)行了分析，并且計算得到了不同條件下的管道動力響應(yīng)。分析表明：懸跨管道的響應(yīng)位移與管道長度L的關(guān)系為G，但)。。，．—笪≥，響應(yīng)位移與慣‘‘c+■‘性矩的關(guān)系為Gt(，)；a，·工～，管道的位移與渦流力的呈線性關(guān)系，管道的響應(yīng)位移隨管道軸向拉力和管道內(nèi)壓的增大而減小。最終得出管道中點響應(yīng)位移的關(guān)系式為Y=G。(J)-G：(F)·G，∞)·G。(r>，并使用MATLAB軟件給出了懸跨管道
4、的共振頻率及引起共振的海流速度的可視化計算程序。關(guān)鍵詞：懸跨管道，渦激振動，疲勞壽命，遲滯效應(yīng)北京科技人學(xué)頤十學(xué){上論文ResearchonFatigueBehaviorofPipelineSteelandFatigueLifePredictionofSubmarinePipelinesunderVortex-InducedVibrationAbstractSubmarinepipelineisanimportantpartofoffshoreoilandgasproductionsystem，andthelifelineofoffshoreoil
5、andgasfield．Whetherornolitissafewillhaveadirectinfluenceontheproductionofpetroleumindustry．Becauseoftheactionofthewaveandthecurrent，thebaseofthepipelinewillbewashedawaytoformaspannomatterthatthepipelineisinstalledonthebottomoftheseaorlaiddownontheSeabed．Oncevortex-inducedvibra
6、tionisgenerated，theperiodicandlargedisplacementandstresseasilyoccnFfesandpipelinewillbedamaged．Soitisnecessarytostudycarefullythefatiguebehaviorofpipelinesteelandfatiguelifepredictionofsubmarinepipelinesundervortex—inducedvibrations．Whenvortex—inducedvibrationsappear,theloadis
7、alwaysverycomplexandtheSequenceoflargeandsmallloadblocksisoftenrandom．Totakeintoconsiderationoftheinfluenceofsequenceofloadsonthefatiguelife，thefatiguebehav．iorofX52pipelinesteelundervariedloadamplitudewasinvestigatedexperimentally．Theresultsshowthatthehysteresisexistsandthecr
8、ackgrowthrateisreducedbyanorderofmagnitudewhentheoverloadrati
