T型管节点表面裂纹应力强度因子的全三维有限元分析.pdf

,
第
卷第
期哈尔滨工程大学学报
吻

,

年
月

型管节点表面裂纹应力强度因子
的全三维有限元分析
王自力刘康林李维扬

船舶与海洋工程系

摘要】利用完全的三维有限元分析方法对
型管节点轴载下的复合应力强度
。
因子进行了计茸
型管节点有限元网络由自编的
程序实现自动生
。,
成考虑到裂纹尖端处的应力奇异性在裂尖区域采用了三维四分之一分点
节
,
。
点子参退化奇异单元其它区域则未用高精度的
节点子参元在利用线性结构
有限元徽机分析程序
进行计葬后, 再使用后处理程序
对裂纹尖端处
。
的应力强度因子进行了分析
关锐词
海洋平台
管节点
应力强度因子
有限元
中国图书资料分类号

引言
。
管节点疲劳强度在海洋平台结构强度中是十分重要的间题, 也是相当复杂的间题用
断裂力学方法分析疲劳强度的关键是精确地确定带裂纹体在外载荷作用下沿裂纹前缘的应
。
力强度因子分布但管节点焊趾疲劳裂纹是一个几何形状很复杂的三维裂纹, 在用断裂力
学方法对它进行分析时, 困难是非常大的。目前国内大多数研究者对此问题的研究做了各
、
种不同程度的简化处理, 一般都未考虑裂纹的空间翘曲实际形状及裂纹面上相当载荷的复
杂分布, 所得结果的精度不高。
用全三维有限元法来分析该问题, 既可考虑裂纹的空间实际形状, 也可考虑管一管相贯
及焊趾这双重应力集中的影响, 并同时考虑
,
。,
。的存在与影响等, 能够得到更符
合实际的计算精度。
计算模型


收稿日期
一
一
贵任编辑
徐若冰
哈尔滨工程大学学报第
卷
本文计算模型是一个带有初始裂纹的
型管节点, 它取自中国船舶科学研究中心的管
,
, , ,
节点试验模型
见图
其结构主要尺寸为
丁二
二
二
, , ,
, ,
二
图
型管节点

基本假设
关于裂纹几何形状我们作如下假设
。

裂纹相对结构对称面是对称的, 分析时只需取管节点的四分之一来计算

裂纹在长度方向上沿相贯焊缝的焊趾线扩展, 在深度方向上沿主管的法线方向扩
。
展
裂纹在深度方向上呈直线
主管法线


裂纹面的展开形状呈半椭圆状, 深度为
, 长度为
‘

单元划分及有限元网络自动生成
,
本文所用单元均是
节点等参元其中裂纹前缘附近第一层采用四分之一分点
节
。
点等参退化奇异单元, 以适应该处的应力奇异为了比较精确地计算出裂纹前缘的应力强
、。
度因子, 在主支管相贯区, 尤其是裂尖部分, 单元划分得比较小, 网络较密而在其它远离
。
相贯区, 适当把单元划得大一些, 以减少计算工作量
见图
, , , ,
按图
中最基本的单元划分本文的计算规模仍然较大节点总数
单元总数
, ,
经约束处理后的方程总数仍高达
经过优化以后的半带宽为
一