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1、第46卷第6期船海工程Vo1．46No．62017年12月SHIP＆0CEANENGINEERINGDec．2017DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2017．06．037軸力作用下KT型管節(jié)點的應力集中系數(shù)分析王文華，張淑華，端傳捷(河海大學港口海岸與近海工程學院，南京210098)摘要：為研究平衡的軸向載荷作用下幾何參數(shù)對KT型管節(jié)點應力集中的影響，通過ABAQUS軟件建立81個不同幾何參數(shù)的KT型管節(jié)點模型進行數(shù)值分析，獲得不同參數(shù)對應力集中系數(shù)大小和分布的影響規(guī)律。結果與規(guī)范公式進行對比，驗
2、證了數(shù)模結果的準確性。對KT型管節(jié)點，參數(shù)、0對SCF數(shù)值大小的影響十分顯著，參數(shù)口對SCF分布的影響最為顯著；熱點應力的位置并不是固定不變的，幾何參數(shù)改變其位置有可能會轉移。關鍵詞：KT型管節(jié)點；幾何參數(shù)；應力集中系數(shù)；熱點應力；數(shù)值分析中圖分類號：U661．4文獻標志碼：A文章編號：1671-7953(2017)06-0164-05管節(jié)點是海洋平臺連接的薄弱環(huán)節(jié)。海本載荷下的熱點應力疊加，很明顯這種方法并沒洋平臺在服役年限內，節(jié)點部位承受波浪、風、流有將熱點應力的位置考慮在內，因此會導致保守等環(huán)境載荷的反復作用，容易在
3、焊縫處產(chǎn)生表面的結果u，更為精確的做法是將各種載荷下的熱裂紋，隨著裂紋的不斷擴展而造成結構的疲勞損點應力分布疊加。傷和破壞。因此，為了保證服役期的安全以及完加載的方式、焊縫的類型和尺寸、沿著管節(jié)點整性，需要對結構進行抗疲勞設計以及周期性的的位置，更重要的是管節(jié)點的幾何尺寸對SCF有健康檢查，而疲勞壽命的預測是其中必不可少的著重要的影響。實際工況下，KT型管節(jié)點承受的一個環(huán)節(jié)。研究者經(jīng)常采用SⅣ曲線法來評估海是非常復雜的組合荷載，但通常軸向荷載占主要洋工程結構的疲勞壽命，即破壞前所承受的循環(huán)地位。因此本文研究兩側的支管承受軸
4、向平載荷次數(shù)。這種方法的關鍵是準確獲得焊趾處的衡載荷作用(一個支管受拉，另一個支管受壓)下熱點應力(HSS)幅，而熱點應力幅大小可以通過KT型管節(jié)點的SCF的分布與幾何參數(shù)的關系。應力集中系數(shù)(SCF)計算得到。由于管節(jié)點的熱點通常位于主管側焊縫處，因此KT型管節(jié)點作為一種常見的節(jié)點形式，廣泛只針對主管進行分析。應用于海洋平臺結構，大跨度空間結構等工程結構中。目前關于KT型管節(jié)點應力集中系數(shù)的研1幾何模型及參數(shù)究不多，以往的研究集中于rr／Y、x、K型等較為一般管節(jié)點是先將支管一端預先切割成相貫簡單的管節(jié)點中，相關的規(guī)范中
5、關于KT線形狀，然后再焊接到主管上。典型的KT型管型管節(jié)點SCF的計算也是通過對K型管節(jié)點進行修正得到，而這必然與對完整的KT型管節(jié)點節(jié)點見圖1。幾何特征參數(shù)：僅=等、=等、13=進行分析所得結果有所差異。SCF沿管節(jié)點分布=的信息十分有價值，已有的參數(shù)公式大都只關注、、丁=寺、：芳，其中D、T、分別為主冠點和鞍點，但是熱點應力的準確位置未必就落在這些關鍵點處。換句話說，根據(jù)既有的公式可能會造成對熱點應力的低估；另一方面依照規(guī)范¨9J，組合加載下管節(jié)點的熱點應力通過將各基收稿日期：2017—04—14修回日期：2017—0
6、5—03第一作者：王文華(1991一)，男，碩士生研究方向：海洋工程結構疲勞與斷裂圖1KT型管節(jié)點幾何參數(shù)示意164王文華，等：軸力作用KT型管㈣操l}，系數(shù)分析船海T程第46卷管的外直徑、壁厚、長度；d、t、Z分別為支管的外直徑、壁厚、長度；0為主管與支管間的夾角；g為主管與支管之間焊縫的最小問隙。依照挪威船級社(DNV)對海洋工程中一般管節(jié)點寸的范同限定，幾何參數(shù)取值見表l。表1幾何參數(shù)取值圖2焊縫模型2有限元分析2．1有限元模型●采用有限元軟件ABAQUS對81個KT型管a)楚偉型b)局『ilj微型節(jié)點進行數(shù)值分析。
7、三維實體單元或者殼單元都圖3有限元模型可以用來建模，采用殼單元不考慮對焊縫的模擬，節(jié)點處應力分布的一些細節(jié)也因此遺失。相比之相連。材料的彈性模量E=207GPa，泊松比=下，實體單元在考慮焊縫的基礎上可以得到更為0．3精確的結果。因此本文采用三維實體單元，考慮2．2加載方式與邊界條件焊縫對應力集中系數(shù)的影響。焊縫的模擬采用石應力集If】系數(shù)與荷載的具體大小無關，在兩衛(wèi)華等提出的一種簡化方法，即通過4個參數(shù)側支管端部分別施加拉力和壓力，大小均為1R、、和控制焊縫的形狀。其中為根部問MPa，閃此有限元計算得到的熱點應力大小即為
8、距，建模時在2mm～5InlTl之間取一值并保持不相應的應力集中系數(shù)。主管兩端為固端約束，d變；H為焊縫外側高度，取主管和支管壁厚中的最的取值消除了節(jié)點處的應力受端部條件的影響。小值；為二面角，可以通過計算得到；L為焊縫由于模型及加載條件的對稱性，取一半模型進行長度。不同的焊縫位置處L取值有所不同，根點
