【摘 要】
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海洋工程结构物长期工作于复杂的海洋环境中,需要经受风、浪、流、地震等载荷砰击、海水的腐蚀和微生物的侵蚀。腐蚀对海洋工程结构物造成的损伤,叠加环境和工作载荷会使得其
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海洋工程结构物长期工作于复杂的海洋环境中,需要经受风、浪、流、地震等载荷砰击、海水的腐蚀和微生物的侵蚀。腐蚀对海洋工程结构物造成的损伤,叠加环境和工作载荷会使得其整体结构强度和结构承载力大幅降低,从而影响到整个平台的安全和使用寿命。而钢质管状构件作为海洋结构物的主要受力结构构件,其位于飞溅区部位极容易腐蚀尤其是点腐蚀。点腐蚀较难检测修复且所引起的应力集中强,会导致构件截面刚度及承载能力降低,极易引起突然性事故,威胁到整个结构的安全性。由此可见,评估受点蚀损伤后钢管的力学性能和承载能力具有重要的意义。文中研究对象为钢级X52Q的海工专用无缝钢管,通过机械钻孔的方式对其施加点腐蚀损伤。分别对具有不同点蚀损伤的钢管进行了轴向压缩试验,研究分析了受点蚀损伤钢管的压缩力学性能。并通过数值分析的方法进一步精确研究了点蚀参数和长细比对钢管极限承载力的影响规律。具体研究内容如下:本文根据海工结构钢管的设计标准,选定了长细比以及径厚比符合要求的钢管尺寸进行轴压试验。得到了钢管受压时应变分布,极限承载力和失效模式等力学性能情况。研究了钢管极限承载力和屈曲形式等力学性能随主要点蚀参数的变化规律,并讨论了钢管整体以及蚀坑周围的应变分布情况。研究了点蚀损伤构件的承载力和屈曲模式与典型腐蚀程度评估指标的相关性,分析了点蚀损伤程度对钢管构件力学行为的影响。在有限元软件中建立了钢管点蚀模型,获取了点蚀主要参数对钢管力学性能的情况以及极限承载力的退化规律。并将试验和数值模拟数据进行结合,研究了蚀点区应力应变分布特性,揭示了构件局部屈曲机理。本文对比了钢管不同长细比、不同点蚀参数下极限承载力的退化规律。掌握了长细比对具有点蚀损伤钢管承载力的影响规律。本文中研究结果表明,由于点蚀损伤导致钢管局部应力集中和局部截面削弱,在轴向压载下,除承载力衰退之外,钢管的失效模式也会呈现差异。失效模式可分为没有或者伴有轻微局部屈曲的强度破坏(I类),较大局部屈曲引发的塑性铰(II类),失稳破坏(III类)。蚀坑深度增加会导致钢管承载力的大幅度削弱,而蚀坑直径增加会导致钢管的延性变差。点蚀钢管在穿孔情况下最危险,不仅极限承载力大幅度降低,失效模式更贴近失稳,因而在实际工程中应尽量避免此情况的发生。点蚀钢管随着长细比的增加极限承载力下降。当点腐蚀达到一定程度时,长细比对钢管承载力的影响将变小。在常用点蚀程度评估指标中,截面损失率与构件受压力学性能的变化规律最为吻合。
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