考慮初始缺陷FPSO結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度研究.pdf

1、現(xiàn)實(shí)中的FPSO結(jié)構(gòu)與理想狀態(tài)相比，必然存在著缺陷損傷，在船舶與海洋工程中把這類情況統(tǒng)稱為初始缺陷。很多存在初始缺陷的船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)在服役期間發(fā)生了災(zāi)難性事故，不僅嚴(yán)重危害了工作人員的人身安全，而且造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此為了反映FPSO結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)，在校核其極限承載力時(shí)要考慮初始缺陷的影響。
　　本文采用非線性有限元軟件ANSYS來分析初始變形、殘余應(yīng)力和凹陷三種初始缺陷對FPSO結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響，重點(diǎn)考慮這三種形式的

2、初始缺陷對加筋板結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響，并在此基礎(chǔ)上研究三種缺陷作用于FPSO艙段結(jié)構(gòu)上時(shí)極限彎矩的變化規(guī)律。圍繞上述目標(biāo)，本文主要開展了以下工作：
　?。?）在研究初始變形對加筋板結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響時(shí)，本文主要采用板型初始變形、加筋側(cè)移型初始變形和加筋梁柱型初始變形三種形式，通過APDL語言改變節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)初始變形的加載，研究軸向壓縮載荷作用下，加筋板結(jié)構(gòu)在不同板厚、不同幅值比（平均幅值不變）和輕微、一般和嚴(yán)重三種情況下極限強(qiáng)度的變

3、化趨勢。結(jié)果表明，板厚越厚，加筋板承載力越大；在平均幅值不變的情況下，幅值比對加筋板結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度影響很??；初始變形越嚴(yán)重，對結(jié)構(gòu)承載力影響越大。
　?。?）本文通過把殘余應(yīng)力編成初應(yīng)力文件的形式加載到加筋板結(jié)構(gòu)中，主要分析熱軋殘余應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力兩種形式，考慮含殘余應(yīng)力加筋板在軸向壓力下極限強(qiáng)度的變化趨勢，并且通過熱分析分析在不同板厚和焊材高度下殘余應(yīng)力的分布情況。結(jié)果表明，殘余應(yīng)力對加筋板極限強(qiáng)度有顯著地影響，但網(wǎng)格大小在其

4、中的影響甚微。
　?。?）采用非線性有限元軟件ANSYS模擬含凹陷加筋板在單軸壓縮載荷作用下極限強(qiáng)度的變化趨勢。本文采用球撞擊加筋板形成凹陷，選取三種典型的凹陷位置，即板格中間、翼板中間和板格所在加筋處中間。保持撞擊后的變形狀態(tài)，在加筋板的一側(cè)施加逐步增加的軸向壓力，以獲得其崩潰狀態(tài)，最終得到凹陷損傷加筋板的極限強(qiáng)度，并分析五種不同的速度和不同的重量對加筋板極限強(qiáng)度的影響。計(jì)算結(jié)果表明：凹陷的存在削弱加筋板的極限強(qiáng)度，而且隨著凹陷

5、面積和凹陷深度的增加，極限強(qiáng)度減小更加明顯；凹陷面積相對于凹陷深度對加筋板極限強(qiáng)度的影響更大；凹陷在板格中間對加筋板的承載能力影響最大。
　　（4）在上述研究的基礎(chǔ)上，考慮三種初始缺陷同時(shí)作用時(shí)加筋板結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的變化趨勢，并與單獨(dú)考慮時(shí)的極限強(qiáng)度進(jìn)行對比研究。結(jié)果表明初始缺陷同時(shí)存在時(shí)對加筋板承載力的影響更大，同時(shí)殘余應(yīng)力相對于初始變形和凹陷對結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的削弱影響更大。
　?。?）建立FPSO艙段結(jié)構(gòu)，在甲板板上加載凹陷