半潜式钻井平台表面裂纹损伤评价.pdf

第 2 7卷第 1期 2 0 0 6年 1月 石 油 学 报 ACTA PETROI El SI NI CA VoI ． 27 NO．I J a n ． 2 0 0 6 文章 编号 0 2 5 3 2 6 9 7 2 0 0 6 0 1 0 1 2 8 0 4 半潜式钻 井 砸 卞 口 表面裂纹损伤 评价 李 杰 段 梦兰。 周松 民。 张 文 1 ． 复 旦大学力， 0 工程科学 系 卜海2 0 0 4 3 3 ； 2 ． 中国船级 社北京 1 0 0 0 0 6 3 ． 中海油田服 务有 限公 司 广东湛江 5 2 4 0 5 7 摘要 以南海现役某半潜式钻井平 台的表面裂纹为研 究对象 ， 用 有限元 法和断裂 力学理论 ， 对平 台结 构整体及 裂纹尖端 局部 断裂 力学进行 了分析， 确定 了描述裂纹及其在钻 井平 台局部扩展 的力学参量 。采用 AB AQUs软件构造板 壳结 构表 面裂纹， 研 究了决 定 裂纹扩展 的断裂力学参量 以及腐蚀等 因素对裂 纹尖端 断裂力 学参量 分布的影 响。 为含 裂纹平 台结构 安全评 估提供 一种 科学 的方 法 。 关键词 半潜式钻井平 台； 表面裂纹 ； 断裂力学； 应力强度 因子 ； 有 限元 分析 中 图分 类 号 TE 8 5 1 文 献 标 识 码 A Ev a l u a t i o n o f s u r f a c e c r a c k da m a g e o n s e m i s u bme r s i b l e pl a t f o r m L i J i e Du a n Me n g l a n Z h o u S o n g mi n Z h a n g W e n 1 ．De p a r t me n t o f Me h a n i a n d En g i n e e r i n g，Fu d a n Un i v e r s i t y．S h a n g h a i 2 0 0 4 3 3，Ch i n a 2 ．Ch i n a C c u s s i f i c u t ㈨7 l S c i e t y，Be i j i n g 1 0 0 0 0 6，C h i n a；3 ．Oi l f i e l d Se r v i c e C o mp a n y Li mi t e d， CN X C．Z h a n j 如n g 5 2 4 0 5 7，C h i n a Ab s t r a c tTh e gl o ba l s t r uc t ur e a na l y s i s a nd l o c a l c r a c k e v al ua t i o n on t he s e mi s ubmer s i bl e pl a t f o r m s e r vi c i ng i n S out h Chi n a Se a we r e c a r r i e d ou t by f i ni t e e l e me nt me t ho d a nd f r a c t u r e me c h a ni c s t he or y．The f r ac t ur i n g p a r a me t e r s f or d e s c r i bi ng t he cr a c k s a n d t h e i r pr op a g at i o n o n t he l o c a l s he l l p l at e of t he p l a t f or m we r e de t e r m i n e d．The e f f e c t s of loc a l s he l l pl a t e c or r o s i on f a c t o r on t he f r a c t u r i ng p a r a me t e r s d i s t r i b u t e d a r o u n d t h e c r a c k t i p we r e i n v e s t i g a t e d u s i n g AB AQUS s o f t wa r e ．Th e g l o b a l s t r u c t u r a l s t r e n g t h e v a l u a t i o n t o o bt a i n t he ne c e s s a r y b ou nd ar y c o nd i t i o ns f o r t he a n al y s i s of l oc a l f r ac t ur e wa s ma de ．The d i s t r i but i o n o f s t r e s s i nt e ns i t y f a ct or a l on g c r a c k f r o nt was a na l y z e d by t he f r a c t ur e me c ha ni c s ． Ke y wo r ds s e mi s ub mer s i bl e pl a t f or m ；s ur f a c e c r a c k；f r a c t ur e me c h a ni cs ；s t r e s s i n t e ns i t y f ac t or ；f i ni t e e l e me nt a n al ys i s 在恶 劣环 境 中 ， 海 洋 结构 焊 接 缺 陷 和腐 蚀 等 均 可 能是裂 纹和平 台整 体结 构破坏 的起 因 ， 有必 要对 裂 纹 尖端 断裂力 学参 量进行 研究 及基 于裂纹 断裂 力学进 行 更加精 确 的真实 结构 寿命 估算研 究 “] 。 目前 ， 对 于 裂纹 问题 ， 无 论是理 论研 究还 是_T程应用 ， 精确 分析 方 法首推 有 限元 法 。国 外学 者 对 三 维 表面 裂 纹 进 行 了计算 并得 到 了理 想 的结果 ， 但使 用 的都是 2 节 点等 参 单元 所建 的有 限元 模 型 ， 其 自由度 多 、 计 算 量 大 ， 不 便于大 型 结 构 的 工 程 评 估 。线 弹 簧 模 型 I S M 的 概 念l 1 “ 把 三维 表面 裂纹 问题简 化 为简单 的薄壳 问题 ， 以 适应 工程计 算 的需 要 。笔 者采 用 AB AQUS软 件之 壳 单元 与线 弹簧单 元来模 拟南 海某 平 台浮箱壳 体结 构 的 外表 面裂纹 ， 并对 裂纹 前 沿 各 个 位置 的应 力 强度 因子 的分 布规律 进行 了分 析 。 1 平 台浮箱表面裂纹性质及 构造原理 1 ． 1 平台参数 该 平 台为半 潜 式 钻 井 平 台 ， 平 台材 料 屈 服应 力 为 3 5 5 MP a ； 最 大作 业水 深为 4 5 7 ． 2 I T I ； 设 计 最 大风 速 为 5 6 ． 5 3 m／ s ；最 大 波 高 为 3 2 I T I ；最 大 流 速 为 1 ． 5 4 m／ s ； 平 台总长 为 9 2 ． 3 5 0 I T I ； 型 宽为 6 8 I T I ； 平 台前后 立 柱 中线距 离 为 5 8 ． 8 6 4 m； 左 舷 与右 舷立 柱 中线距 离 为 4 5 ． 7 2 0 I T I ； 主 甲板 高 度 为 3 3 ． 6 0 4 m； 浮 箱 甲板 型 高 为 7 ． 6 2 0 I T I ； 浮 箱 型 宽 为 1 5 ． 2 4 0 m； 立 柱 最 大 直 径 为 1 1 ． 1 2 5 m。另外 ， 平 台浮箱 板材 厚度 为 1 4 ． 5 mi l l ， 板 长 为 1 5 2 4 I T I I T I ， 板宽 为 5 0 8 I T I I T I 。 1 ． 2平 台裂纹 性质及 有 限元模 拟 根 据现 场探 伤报 告 ， 平 台左 浮 箱 的左 舷 前 部侧 板 基金项 目 中国海洋石油总公 川项 目 2 ； NHI 5 1 7 【 ’ “ 南海 五号钻井平台没计条件下最 低强度研究” 资助 。 作者简介 李 杰 ， 男 ， 1 9 7 3年 3， 】 生 ， 2 0 0 3年获夫津大学博 士学位 ， 现 为复 旦大学力学 与T程科学 系博士后 ， 中国船级社工业总公 司工 程师， 主要研 究方 向为海洋 1 程结构的强度 、 疲劳 与断裂 。E ma i l J l i c c s i ． c o rn． c n 维普资讯 第 1期 李 杰 等 半 潜 式 钻 井 平 台表 面 裂 纹 损 伤 评 价 1 2 9 部位有 一 条近似 于椭 圆 形 的 表面 裂 纹 ， 裂 纹 表 面长 度 为 1 5 2 ． 4 mm， 最 大深 度 为 7 ． 2 5 mm。研 究结 果 表 明 ， 该裂纹 属 于疲劳 裂 纹 ， 源 于材 料 加 工 、 制 造 、 安 装过 程 中产生 的缺陷 ， 在操 作 载荷 、 波 浪载 荷 、 海 水 腐蚀 的多 重作用 下 ， 不断 扩展成 为现 在 的表 面裂 纹 。 为便 于监测 裂纹 前 沿 各 点 断裂 力 学 参 量 ， 以裂 纹 中点为坐标原点， 轴向坐标为 x 定义若干节点。各点 坐标 、 编号 及各 点对 应 的深度见 表 1 。 采用 AB AQUS软件 的 8 R 5及 L S 6单 元 构 造 浮 箱 外 表 面 裂 纹 ， 沿裂 纹 长 度 方 向 确 定 了 1 2 个 L S 6 单 表 1 裂纹 前 沿 各 点 坐 标 数 据 Tab l e 1 Co o r di na t e s o f t he c r a c k f r o nt no de s 元 ， 模 拟表 面 长 为 1 5 2 ． 4 mm 的 裂 纹 。通 过 定 义 I S 6 单元 节点 的不 同深 度来 模 拟 表 面裂 纹 的 椭 圆形 前 沿 ， 共定义 了 1 2个 特征 节 点 。局 部 板壳 及 裂 纹 模 型边 界 条件 、 加载示意图见图 1 。 图 1 表 面 裂 纹 及 局 部 加 载 示 意 图 Fi g．1 S u r f a c e c r a c k a n d l o c a l b o u nd ar y c o nd i t i o n 1 ． 3裂 纹构造 原理 采 用 L i n e s p r i n g e l e me n t 与 S h e l l e l e me n t 模 拟 板壳表 面裂 纹 。裂纹构 造基 本原 理见 图 2 。 图 2 表 面 裂 纹板 壳 构 造 原理 示 意 图 Fi g． 2 S c h e mat i c d i a to - a m o f t h e s ur f a c e c r a c k 图 2中 A 和 B 两点分 别位 于裂纹 的 两个表 面上 ， 但其坐 标相 同 。B处 为 I S 6单 元 的 1 、 2 、 3节点 ． A 处 为 I S 6 单 元 的 4 、 5 、 6节 点 。在 载荷 作 用 下 ， 不 同类 型 I、 Ⅱ、 Ⅲ型 裂纹 的表 面上 ， A、 B两 点 的相 对 运 动 的 表达式 如下 对于 I型裂 纹 张开位 移为 Au 1 一 “B一 “ A q 1 扭转 位移 为 △ I一 B一 t 2 对 Ⅱ 型裂 纹 剪切 位移 为 Au1 1 “B一 “ A n 3 扭转 位移 为 △ l l 一 n 4 对 m型 裂纹 剪切 位移 为 AuⅢ 一 “ B一 “ A t 5 扭 转位 移 为 △ m B一 q 式 中t 为 表 面裂纹 任一点 处板 壳 的切 向矢 量 ； n为 表 面裂 纹任 一点 处板壳 的法 向矢 量 ， 口t X n 。 用法 向矢 量 n来定 义 裂 纹 缺 陷发 生 的位 置 ， 如 裂 纹产 生在板 壳外 表 面则 定 义 正 的 缺 陷深 度 ， 反 之 则定 义 负的缺 陷深 度 ， 以此来 区分 外表 面及 内表 面裂纹 。 虚功 为 A Wf N l △ “ l M l △ l N lI △ ， A l l △ l1 N Ⅲ△“Ⅱ 1 M m△ n 1 dL 6 其 中 N 1 为单位 长度缺 陷 上 的力 ； M 为 单位 长 度缺 陷 上 的弯矩 。 I 型表 面裂纹 弹性 矩 阵为 G 7 式 中 “为裂 纹 位 移 ； 为 裂纹 转 角 ；N 为 裂 纹 承 受 的力 ； M 为 裂纹 承受 的弯矩 。其单 位 裂纹 长度 的刚 度 矩 阵可 由矩 阵 G 的逆 矩 阵 得 到 。 Ⅱ型 、 Ⅲ型 裂 纹单 位 长 度 刚度矩 阵与 I 型裂纹 类似 。 对 受拉 伸 和弯 曲的表 面裂纹 ， 其应 力强 度 因子 为 K 丌 ／ f F 手 N ￡ F ～a M i 8 维普资讯 l I ／ - I 为 绻螗 系做 利 I I ⋯ ’ 裂纹川 ． 、 山 餐似 岫 i 利 1 滞 ℃一 蜘 i l i ] ‘ I ． 媸 废 】 J』秕 丹仃 下 k最 f K B H f } 』℃ 『 K K K K f J； 为能 f ＆系数 j 肆 r I 钠． B ～刈f f l 挂 一 ． b l 此 一 ￡㈧ I可简化 勾 f 一 l ， K E K⋯ t 【⋯ 』 r f l f E E n 『 l 』 』 h 地 ； i F 1 - mJ } Ⅲ 腼 问地 r 2 一I r E 打忻 艇 I I 忪比 平台档体结 掬分析 2 ． 1 平台结构有 限元模型 俸蚺 陶也括 个浮辅 、 n m ” ， 7讯水平 殳撑 ． I 1 斜撑 rf 1 _ I 0 机 l I l _ 横 l 陔 r _ 台 皿 帅 闸 板 构 ． 、 } 1 白 I l 概 浮 辅 『 ’ 『 幢机 帖 嚷和 斜撑 J 1 1 I j 1 1 I 儿 拟 ． Ⅲl 掘j i 1 』 苷 川 BE AM 唯 l 钕拟 ． f ． 扎 世 衍币 I 1 } 一 _ I 』 栈 以 幢 戴 水等 MAS S L 拟 r I J i j l l 】 ’ 姐 』 I 2 7 j 儿 } I I J I 【 J 肜 1 _L L～ 1 洲 f f l c山 7 1 、 ． 泶 儿 j 7 1 、 ． 胍 } 』 1 j 】 I 1 r 档 f 乖性 2 ． 2 平台整体结 构工况 为歌 断 裂 7 』 讣 们 也 惫什 ． 州 卉 n № 池 n川 F旧 7 『 址 f 』 件 构 讣{ r 采』 l 】 ‘ 维 游 、 埘’ r行池 泄 址 } ，rI解 ． 阿被 浪 衍转 化 r I l l 『 J 的 n． 特 旧 6 部 饭 荒雀 _ Ⅲ波 7 n门 托2 ． 仟 】眦 r汀耥 J 、 I J J 眭 纹板 成 力数 丧 { L I 自行 描m 披 荇 J F甲 台 掏 体 J ． 仆m 4 趴 蠢 是 3 1 一 数卅 川Ⅻ． 台 结 构 f J ＆ 舒布均 ， 半台 箭 垃喧 ， 远 小 f 台 强 J 堑极限 ． - 带 裂纹板 的麻 J水 辆 低． 最大 伉 为 I Mr a 愤许川肺 J J 准刚 ． 尢 裂纹 ， r _ 浔莉满 足 懂 喽 球 亘 图 4 自存横 浪 渡工 况整 体 ＆ 分布 e 4 ‘ - I I t t I m d i s l r i b ul l n n f I e l⋯’ i v a l‘ I m d i l l ， n 表 2 带 裂 垃局部 板 亮表面 浪裁荷 i n h h． 2 w n h ● E h m 1 h e I o , ll I s l l l l pl a h , u _ t I ⋯l k s 裂纹 局部断 裂／ J 学 分析 n娃限浊 t 1 J I j 下 纹 舸 } 断 ， J 学 鍪啦讣布 姚带 j hf 7 I 巾 l l』 看 ． 除 横 波峰 ． 技 讯， 1 t 1 Ⅱ】世外 ． 件 l l ’ 纹 种 }J 啦 度 用于 水平 小l 啊 “l l 裂纹 f 滑 _齐 - 处 T型 维普资讯 第 1期 拿 杰 等 半潜 式 钻 井 平 台 表 面 裂纹 损 伤 评 价 l 3l 寻 吕 Z 区 毯 鼎 裂纹前沿节点横坐标 ／ IT I m 图 5 裂 纹 前 沿 I型 应 力 强 度 因子 分 布 F i g ． 5 S t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r o f t y p e I a h mg c r a c k f r o n t f 吕 Z 皇 毪 穗 副 目 裂纹前沿节点坐标 ／ m lT l 图 6裂 纹前 沿 Ⅲ 型 应 力 强 度 因 子分 布 F i g ． 6 S t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r s o f t y p e Ⅲa l o n g c r a c k f r o n t 一 7 6 ． 2 3 8 ． 1 0 3 8 ． 1 7 6 ． 2 裂纹前沿节点坐标 ， m m 图 7裂 纹 前 沿 lJ积 分分 布 Fi g． 7 Di s t r i b ut i o n o f．1 i n t e g r a l a l o ng c r a c k f r o nt 应力强 度 因子变 化不 大 。说明在 这几 种一 I 况下裂 纹前 沿应力 应变场 变 化不 大 ， 裂纹 前沿 应 力分布较 为均 匀 。 按一般 船用 钢板 断裂韧 度为 2 1 1 MN m 计算 ， 裂 纹 发生失 稳 扩 展 的 可 能 性 较 小 。但 在 横 浪波 峰 及 迎 浪 中垂工 况下 ， 裂纹 前 沿 I型 应 力 强 度 因子 变 化 幅 度较 大 ， 其 中在迎 浪一 中垂 况下 ， 裂纹 两端 应力 强度 因子达 到最 大值 2 2 5 MN m ， 大 于一 般 船 用钢 的 断裂韧 度 ， 因此在 此工 况下 裂纹有 失稳 扩展 的可能 。 在 各] 况 下 ， 裂 纹 前 沿 I型 应 力 强 度 因 子 分 布 规律 为 随着裂 纹前沿 节点 深度增 加 ， ． 型 应力 强度 因 子 降低 ； 在裂 纹前 沿最深 位 置 ， I 应力 强 度 因子数 值 达到谷 底 。因此 ， 对该 表面 裂纹 而言 ， 其危 险点 位于板 壳 表面 裂纹 尖端 ， 裂纹 失 稳 扩 展将 源于 表 面 裂 纹 的最 浅处 。 从 图 6町以看 出 ， 表 面裂 纹 前 沿 Ⅲ型 应 力 强度 因 子 的分 布 规律 与 I 型 应 力强 度 因子 的 分 布 规律 相反 。 在表 面裂纹 的最 深处 ， Ⅲ型应 力强 度 因子 达 到最 大值 ， 呈现 中间高 、 两边 低 的分布 态势 。其 原 因可能 是 在裂 纹最 深处 ， 裂纹 前沿 节点 受到 附近板 壳节 点 的约束 ， 呈 现三 轴应 力状 态 ， 承 受面外 应 力较 大 ； 而表 面位 置 的裂 纹节 点三 轴应 力状 态不 是很 明显 ， 面外应 力较 小 ， 因而 Ⅲ型应 力强 度 因子较小 。 从 图 7可 知 ， 裂 纹 前 沿 l『积 分 的 分 布规 律 与 I型 应力 强度 因子 分布 规 律相 似 ， 随 着裂 纹深 度 的增 加 ， l， 积 分数值 减小 。主 要原 因是 在现 弹性 范 围 内 ， J积 分 值取 决 于 I 型 、 Ⅱ型 和 Ⅲ型应 力强 度 因子数 值 的大 小 ， 而 Ⅱ型 、 Ⅲ型 应 力 强 度 因子 与 I型 应 力 强 度 因子 相 比 小若 干个 数量 级 ， 因此 Ⅱ型 、 Ⅱ J 型 应力 强 度 因子 对 l，积 分 的分布 影 响很小 ，l，积 分 的分 布 与 I型 应 力强 度 因 子 的分 布相 似 。 4 板厚对断裂力学参量 分布的影 响 由于平 台浮箱 长 期 浸 泡在 海 水 中 ， 因此 不 可避 免 地 要受 到海 水腐 蚀 ， 从 而 导致 板 厚 减 薄 。为 了 研 究板 材 壁厚 的变 化对裂 纹 前 沿 应力 强 度 因子 的影 响 ， 在裂 纹 最危 险的 工况 即迎 浪一 中垂 工 况 下 ， 取 不 同 的 腐蚀 余 量对板 厚 的影 响进行 了对 比分 析 。板壳腐 蚀 率及相 应 的板厚 见 表 4 ， 板 腐 蚀 对 应 力 强 度 因 子 分 布 的影 响 见 ． 图 8 。 表 4板 壳腐 蚀 率 Tab l e 4 Co r r o s i o n r at i o o f s h e l l pl a t e 圜 嚣 g 曩兰 烈 图 8板 厚 腐 蚀 对 应 力 强 度 因子 分 布 的影 响 Fi g． 8 I nf l u e nc e o f t he s h e l l pl a t e c or r o s i on r a t i o O il t he s t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r 下转 第 1 4 4页 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ o 2 2 l l 一 眦． N 1 一 、 、 褪 群 维普资讯 1 4 4 石 油 学 报 2 0 0 6年 第 2 7卷 [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 ] [ 2 ] E 2 1 ] [ 2 2 ] [ 2 3 3 [ 2 4 ] 别洛 索犬 B B 、 大地 构造学基本问题 I 册 [ M] 、 北京 地质出 版 礼 ， 1 9 5 6 2 48 2 4 9 、 柯两金 l O A， 含油I 大地 构造 卷 f [ M] 、 北 京 石油工业 出 版 礼 ， 1 9 6 2 3 1 4 31 9 ． J o n e I B， 阿尔们达 I I I 脚地 IX东倾俯 冲断层 F的石油 与天然气 [ J ] 、 新疆 油地质 ， i 9 9 0 ， 1 1 3 1 7 7 2 0 3 ． Ag e r D V． 欧洲 地 质 [ M] 、 芳 ， 等 泽． 北京 地 质 出 版社 ， 1 989 1 86； 232． 李丕龙， 刘传虎、 准噶尔盆地火然气勘探 潜力及运聚规 律[ J ] 、 石 油 学 报 ， 2 0 0 5 ， 2 6 2 6 1 0 、 中科院西藏高原综合考察 队． 眄藏地 层 M] ． 北 京 科 学出版社 ， 1 98 4 9 1 26、 胡见义， 赵文智。 钱凯 ， 等． L } 1 闰西北地 油火然气地质基本 特 征[ J ] ． 油学报 ， 1 9 9 6 ， 1 7 3 1 1 1 、 芏鸿 桢 ， 刘 本培． 地 史学 教程 [ M] 、北 京 地质 出版 社， 1 9 8 0 乖 尔 尔 乖 界 币 钎 乖 幂 乖 乖 乖 卜 2． [ 2 5 ] 陈永武 ， 何文渊． 中国西部含油气盆地石油地质条 件的主要认识 和勘探方 向E J 3 ． 石油学报 ， 2 0 0 4 ， 2 5 6 1 7 ． [ 2 6 1 彭希龄， 胡斌 ， 刘楼 军． 博格达 山前褶皱 带的再研 究 [ J ] ． 新疆石 油 地 质 ， 1 9 9 3 ， 1 4 j 2 0 1 2 0 8 、 2 7 ] 彭希龄、 准噶尔盆 地早古 生代陆壳存 在的证 据[ J ] 、 新疆 石油地 质 ， 1 99 4． 1 5 4 2 8 9 2 9 7 ． [ 2 8 1 詹家桢 ， 王智， 林树磐 ， 等． 准噶尔盆地西北缘 车排子地 区井下 中 石炭世海相动物群特 征和共生孢粉组 合的发现及 意义[ M] ∥新 疆石油管理局 ， 中国科学院资环局、 准 噶尔 盆地油气地质综合研 究． 兰卅 【 甘肃科技出版社， 1 9 9 2 4 2 5 0 ． [ 2 ] 崔军文 ， 唐哲民 ， 邓晋福 ， 等． 阿尔金断裂 系[ M] ． 北京 地质 出版 社 ． 1 9 9 9 2 1 3 21 5 ． 希 乖 上 接 第 1 3 1页 由图 8可知 ， 在裂 纹尺 寸不 变的前 提下 ， 板厚 减小 对裂纹 前沿 I 型应 力强度 因 子的分 布 规律 具有 一 定影 响 。随着壁 厚 的减小 ， 裂 纹 最 深处 应 力强 度 因 子 不 断 增加 ， 而裂 纹最 浅处 板 壳 表 面 应 力 强度 因子 则 不 断 减小 。但 即使 该 值 减 小 ， 仍 然 具 有 失稳 扩 展 的 可 能 。 而且 随着 板厚 的减小 ， 裂纹 最 深 处 与 最浅 处 的应 力 强 度 因子差距 也逐 渐减 小 。 5 结 论 1 对 于含裂 纹结构 按 许用应 力 准 则评定 为 安 全 的结 构 ， 在 实 际情 况 中不一 定安 全 ， 因为 裂纹极有 可 能 失稳 扩展 ， 对裂 纹局部 须进 行断 裂力 学评 价 。 2 在极 限环 境 条 件 下 裂 纹 可 能 失稳 扩 展 ， 建议 采取 TI G 熔修 技术 消除 该裂 纹 。 3 对 于 含 有 表 面 裂 纹 的 板 壳 ， 其I型 应 力强 度 因子及 - 『 积 分 随裂 纹 前 沿 点 深 度 的 变 化 而 变化 。节 点越深 ， 该 位 置 1 型 应 力 强 度 因子 J积 分 越 小 ， 板 壳 表 面 的裂 纹 前 沿 I型 应 力 强 度 因子 - ，积 分 最 大 。 4 对 于含 有 表 面 裂 纹 的 板壳 ， 其 Ⅲ型应 力 强 度 因子 随裂纹 前沿 节 点 深 度 的 变化 而 变 化 。节 点 越深 ， 该位 置 I 型应力 强 度 因 子越 大 。 板 壳 表 面 的裂 纹 前 沿 I 型应 力强 度 因子最小 。 5 与 l 型应 力强 度 因子相 比 ， m型 应力强 度 因子 值很 小 ， 表面 裂纹 的扩展 将呈典 型的张 开型扩 展 。 6 板厚 的变 化对 裂纹 前沿 J型应 力 强度 因子 的 分 布规律 有一 定影 响 ， 随着板厚 的减 小 ， 裂纹最 深 处应 力 强 度 因子 不 断增 加 ， 而裂 纹 最浅 处 板 壳 表面 应 力 收稿日 期2 0 { 5 噼 2 5 改回日 期2 0 0 5 一 2 2 编 辑 王 秀 尔 乔 t 币 筇 ； 币 铈 { ’ ’ ’ 筇 ’ 强度 因子 则不 断减小 。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] E s ] [ 9 ] [ 1 l 1 ] 参 考 文 献 H ic k ma n T A． Ro y a l Commi s s io n o n t h e Oc e a n Ra n g e r Ma r i n e Di s a s t e r ， Re p o r t On e Th e LO S S o f t h e Se m i s u b me r s i b l e Dr i l l Ri g Oc e a n R a n g e r a n d i t s Cr e w R ] ． C a n a d a ， 1 9 8 4 8 7 9 4 ． 张传信， 葛树森． 自升式钻井平 台桩 腿齿条焊缝裂纹 的修 复[ J ] ． 中国造船 ， 1 9 9 9， 1 6 - 7 ． 段梦兰 ， 吴永宁 ， 高照杰． 海冰 环境 中海洋 石油 钢结构 的破坏分 析[ J ] ． 石油学报 ， 1 9 9 9 ， 2 0 3 7 2 7 5 ． API ．AI 1 RP 2 A W S D Re c o mme n d e d p r a c t i c e f o r p l a n n i n g． d e s i g n i n g a n d c o ns t r u c t i n g f i x e d o f f s h or e p la t f o r m wo r k i n g s t r e s s d e s i g n[ s ] ． US A A me r i c a n P e t r o l e u m ] n s t i t u t e Y e a r D u b l i s h e d ， 1993 37 47． Tr a n t i n a G ， De l o r e n z i H G， W i l ke n i n g W W ． Thr e e d i m e n s i o n a l e l a s t i c p l a s t ic f i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s o f s ma l l s u r f a c e c r a c k s [ J ] ． E n g ． F r a c t Me c h 1 9 9 3 ， 3 8 5 9 2 5 9 3 8 ． Ni k i s hk o v G P， At l u r i S N．Th r e e d i m e n s i o n a l e l a s t i c p l a s t i c J i n t e gr a l c a l c u l a t i o n f o r s e mi e l l i p t ic a l s ur f a c e c r a c k s i n a t e n s i l e p l a t e [ J 7 ． E n g ． F r a c t Me c h ． ， 1 9 8 8 ， 2 9 1 8 1 8 7 ． M ur a k a mi T ， S a t o T． Th r e e d i me n s i o n a l J - i n t e gr a l c a l c u l a t i o n o f p a r t t h r o u g h s u r f a c e c r a c k s p r o b l e ms [ J ] ． C o mp u t S t r u c t ， 1 9 8 3， 1 7 5 7 31 7 3 6 ． De l o r e n z i H G． On t h e e n e r g y r e l e a s e r a t e a n d t h e J i n t e g r a l f o r 3 - D c r a c k c o n f ig u r a t i o n s[ J ] ． E n g ． F r a c t Me c h ． ， 1 9 8 2 ， 1 9 3 1 8 3 1 8 9 ． Yo o n K K， Ki l i a n D E J ．Es t i ma t i o n m e t h o d f or a s e mi e l l i p t i c a l f l a w i n a c y l i n d e r E J ] ． J o u r n a l o f r r e s s u r e V e s s e l T e c h n o l o g y ， 1 9 9 5， 1 1 7 4 6 6 7 0 ． Pa r ks D M ， W h i t e C S． El a s t i c p l a s t i c l i n e s p r i n g f i n i t e e l e me nt s f o r s u r f a c e c r a c k e d p l a t e s a n d s h e l l s [ J ] ． J o u r n a l o f P r e s s u r e Ve s s e l Te c h n o l o g y， 1 9 8 2， 1 0 4 3 2 8 7 2 9 2 ． 收稿日 期2 0 0 5 0 4 0 4 改回F I 期2 0 0 5 0 6 3 0 编辑 黄 小娟 维普资讯