ABAQUS深海自升式海洋平台K型管节点碰撞性能研究(3)

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海洋平台种类众多，大都具有坚固的支撑结构，这些管型结构通过管型节点连接形成整体。这些管节点都承受着较高的载荷，具有较大的应力集中，很容易变形或者失效，从而给平台带来毁灭性的灾害。海洋平台结构的失效破坏会直接造成重大经济损失和人员伤亡，甚至会引起严重的环境污染和社会政治影响。历史上曾有过多次海洋平台事故，例如，1979年“渤海二号”自升式平台发生的事故造成72人死亡。自升式海洋平台由于其作业要求，经常要受到各种复杂和恶劣的海洋环境的考验，长期受到海风、海浪、海流作用以及海上船只对其的撞击等，灾害性事故频频会发生。而碰撞是引起这些灾害性事故的一个主要原因，一般碰撞主要发生于平台桩腿，而桩腿主要为桁架结构，其碰撞后的安全性会影响到整个平台的安全性。并且很多海洋平台事故往往都是从管节点的破坏开始的，随后破坏逐渐向周围扩散，严重时最终会造成整个结构的失效。比如，2002年8月我国南海WEN13-1平台导管架结构在施工过程中受到大型起重铺管船的撞击，x斜撑有一构件局部受到严重挤压破坏．附近海管、立管也受到严重破坏，造成工期延后4个多月[ ]，因此研究节点的碰撞性能对工程实际有很大的意义。

1.2 深海自升式海洋平台的碰撞研究现状

1.3 本文的主要研究内容

本文以深海自升式海洋平台K型管节点为研究对象，基于弹塑性理论，运用解析方法分析推导了K型管节点结构在冲击载荷作用下结构的动态响应；开展了K型管节点落锤冲击试验及有限元数值仿真分析，研究其损伤变形机理。此外，以试验结果为基础，验证解析计算及数值仿真方法的可靠性。主要研究内容如下：

第二章简要介绍了塑性力学的基本理论，包括上下限定理和虚功原理，为后续的解析分析提供了基础，有利于进行冲击载荷作用下K型管节点动态响应的理论分析方法与推导。同时，对有限元的基本概念进行了简要的叙述，对后续的数值模拟提供技术支持。

第三章首先开展了K型管节点的落锤冲击试验方案设计，包括试验装置、试件设计、试验步骤、测量参数以及试验结果分析。同时，用解析法对K型管节点的动态响应进行了分析计算。

第四章介绍了数值仿真分析方法，对建模过程中的一些关键步骤进行了叙述，并将数值模拟的结果分别与试验结果和解析结果进行了对比分析。

第五章是总结与展望。对本文的研究工作进行了系统的总结并提出了后续可以开展的研究工作。

第二章塑性力学基本理论和有限元仿真理论基础

2.1 引言

本章主要介绍了塑性力学原理和有限元仿真基本理论。解析计算方法是以塑性力学的基本原理为基础的，数值仿真模拟也是根据有限元方法发展而来。同时也介绍了非线性有限元方法及本文数值模拟所用到的ABAQUS软件，为后续的内容做铺垫。

2.2 塑性力学基本原理

2.2.1 塑性力学简介

塑性力学又称塑性理论，属于固体力学的一个分支，它主要研究固体受力后超过弹性极限处于塑性变形状态时，产生的永久变形和作用力的关系以及物体中的应力场、应变场的分布规律。塑性力学考虑弹性力学所不考虑的物体内产生的永久变形，物体在受到足够大外力的作用后，它的一部或全部变形会超出弹性范围而进入塑性状态，外力卸除后，变形的一部分或全部并不消失，物体不能完全恢复到原有的形态。不过要注意的是塑性力学考虑的永久变形只与应力和应变的历史有关，而不随时间变化，这是和流变学的区别所在，即永久变形与时间有关的部分属于流变学研究的范畴。