【摘 要】
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海洋是人类资源的宝库,人类的航运以及石油等能源严重依赖于海洋,海上结构物是人类开发利用海洋的有效工具,在海洋平台中,导管架平台作为一种技术成熟的海洋多功能平台被广泛应用与石油与天然气开采等多种海上作业。焊接广泛应用于导管架平台的建造中,但在焊接过程中由于温度和材料的原因常使得焊接位置的局部应力和电位发生变化,在海洋高盐高湿的环境中不可避免会发生腐蚀,这种腐蚀与焊接的耦合作用会影响结构的承载能力,从
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海洋是人类资源的宝库,人类的航运以及石油等能源严重依赖于海洋,海上结构物是人类开发利用海洋的有效工具,在海洋平台中,导管架平台作为一种技术成熟的海洋多功能平台被广泛应用与石油与天然气开采等多种海上作业。焊接广泛应用于导管架平台的建造中,但在焊接过程中由于温度和材料的原因常使得焊接位置的局部应力和电位发生变化,在海洋高盐高湿的环境中不可避免会发生腐蚀,这种腐蚀与焊接的耦合作用会影响结构的承载能力,从而威胁结构安全。在导管架平台工作过程中,其处在风浪流的复杂载荷环境中,有研究表明海水的流速会影响腐蚀的速率,从而错误估计了腐蚀状况,影响平台安全性。我国的海洋采油平台主要分布于渤海和南海,很多平台处于地震带上,因此考虑腐蚀和焊接耦合作用导管架平台的抗震倒塌安全评估很有必要。基于以上研究背景,本文进行了如下几方面的工作:采用广泛应用于船舶及海洋平台建造的D36结构钢进行实验,研究海水流速和焊接对于钢材力学性能的影响。根据实验标准设计试件,利用在船舶建造中广泛使用的气体保护焊加工试件,利用电化学加速腐蚀来模拟实际海洋腐蚀,观察试件表面腐蚀后的形态变化,研究海水流速、焊接角度、腐蚀时间与质量损失率之间的关系。对考虑流速和腐蚀因素的试件进行单调拉伸实验,得到试件拉伸下的广义应力应变曲线,分析试件不同流速和不同腐蚀时间下的力学性能,并分析了产生这种现象的原因。对腐蚀焊接试件进行单调压缩试验,得到试件受压下的广义应力应变曲线,进而得到受压弹性模量、屈服强度以及极限强度等力学参数,分析质量损失率及焊接角度对腐蚀焊接钢材受压力学性能的影响,并分析了产生这种力学性能改变的原因。探究焊接与腐蚀耦合作用试件的受压力学性能变化规律。通过实验得到焊接试件力学性能曲线,尝试使用R-O模型及另一新的线性指数模型进行回归分析,对试件的受压力学性能曲线进行拟合。建立质量损失率与各项参数的关系,发现新的线性指数模型可以更好的描述焊接试件的受压力学性能。进行二次回归分析,建立考虑焊接角度和质量损失率的双变量腐蚀焊接钢材受压广义力学模型。利用实验得到腐蚀焊接试件的力学性能数据,以南海某导管架平台为分析对象,使用开源有限元软件Open Sees建立数值模型。通过静力推覆分析和增量动力分析,计算导管架平台的安全储备系数和倒塌安全储备系数。建立导管架平台安全性指标与质量损失率的关系,进而对导管架平台安全性进行评估。
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