基于边界元有限元耦合的管节点疲劳裂纹数值模拟及寿命预测

海洋平台结构中的管道节点由于受风、浪、流、冰和潮汐等疲劳载荷的长期作用，在焊缝处易产生裂纹，裂纹的不断扩展将降低结构的承载力，影响其安全性。一旦裂纹穿透管壁，管道内部的油气将发生泄露，这不但造成管道内部的压力降低和油气的泄漏，更将引起环境污染、火灾、爆炸等二次灾害。目前评价管节点的疲劳寿命基本上采用的是S-N曲线法，该法只能预测管节点的整体使用寿命，而不能衡量出现裂纹后管节点的残余寿命。由于管节点表面裂纹从萌生到穿透整个管道壁仍需要一定时间，因此研究疲劳裂纹的扩展过程可更精确地预测管节点的疲劳寿命。项目组拟采用边界元-有限元耦合法模拟表面裂纹，计算各点的应力强度因子，同时用ACPD测试技术进行跟踪和检测，从数值模拟和实验测试两方面得到疲劳裂纹扩展规律，提出用于工程设计的应力强度因子参数公式，预测管节点的疲劳寿命。