مطالعه تجربی و عددی در مورد شکست سکو های جکت فرسوده در اثر خوردگی یا ترک
چکیده
این مقاله ارائه دهنده مطالعه ای عددی و تجربی در مورد شکست جکت های فولادی قدیمی، تحت تاثیر خوردگی یا ترک خستگی است. مدل های آزمایش مطابق با نسبت مقیاس یک جکت نمونه ساخته شدند. آسیب های ترک و خوردگی با معادلات تجربی برای مدل محاسبه شدند. آزمایشات شکست برای مدل جکت دست نخورده، خورده شده و دارای ترک انجام شد. مقایسه ی مدل دست نخورده و آسیب دیده نشان داد که آسیب ترک و خوردگی موجب کاهش تحمل بار های نهایی سازه می شود، و آنها حالت های شکست متفاوتی با مدل دست نخورده نشان می دهند. هر دو جکت آسیب دیده با پارگی ترک بخش ساق شکست خوردند. روش المان محدود غیر خطی برای تایید نتایج آزمایش اعمال شد. نتایج عددی و تجربی تطابق خوبی با آنها دارند.
1- مقدمه
در 20 سال اخیر، جکت های فولادی به صورت گسترده در صنعت نفت دریایی مورد استفاده قرار گرفته اند [1]. یک تعداد از جکت های قدیمی با بیش از 15 سال سن هنوز در ساحل بوهای چین، خلیج مکزیک و آب های برزیل فعالیت می کنند. از آنجا که سازه های بن عمر مورد نظر خود رسیده اند، خستگی آن ها باید مجدداً مورد ارزیابی قرار گیرد. هنگامی که جکت در معرض شرایط محیطی مانند موج، باد و بار های جاری قرار می گیرد، ترک و خوردگی نقش مهمی در پیری سازه بازی می کند. مقامت نهایی با رشد ترک و خوردگی کاهش می یابد، و موجب می شود تا ریسک شکست و گسست در کل جکت به وجود آید، که موجب ضرر و زیان به افراد، ملک و آلودگی محیط زیست می شود. برخی از جنبه ها ارزیابی مجدد خستگی جکت مسن در [2] ارائه شده است، که شامل ارزیابی شکست انجام شده به روش پوش اور می شود. یکی از انگیزه های اصلی برای این ارزیابی مجدد ممکن است ایمنی یا نیاز برای افزایش عمر آنها است. باید به مقاومت نهایی پسماند در سازه های مسن مانند کشتی یا المان های دیگر سازه های دریایی و جکت های دست نخورده و دیگر جکت ها با آسیب های خوردگی و ترک توجه داشت. برخی مطالعات در مورد تحلیل شکست غیر خطی جهانی از جکت های فولادی سه بعدی با استفاده از روش عددی در [3] انجام شده اند. مقاومت سازه های لوله ای مانند مفاصل Dt با حلقه های سخت شده در جکت های دریایی با استفاده از روش المان محدود پیش بینی شد [4]. تحلیل قابلیت اعتماد از لحاظ خستگی برای تکیه گاه جکت با در نظر گیری خوردگی انجام شد [5]. تاثیرات ترک و خوردگی بر مقاومت نهایی کشتی های مسن توسط پایک تحلیل شد. تحلیل قابلیت اعتماد کشتی در معرض آسیب ها نیز توسط آکپان [7] و گودس سوارز [8] انجام شد، اما مقاومت کشتی مسن به تسلیم شدگی اولیه ساده شده بود که مقاومت نهایی را دست کم یا بیش از حد تخمین زده شده بود. علاوه بر این، رفتار شکست از صفحه ی کشتی تحت ترک، خوردگی و حفره با روش های عددی و تجربی مورد ارزیابی قرار گرفت [9]، و همچنین برای صفحه ای با خوردگی گودالی این ارزیابی با استفاده از روش المان محدود غیر خطی توسط پایک صورت گرفت [10]. یک توضیح کلی از مقاومت نهایی صفحه با هر گونه ترک را می توان مبتنی بر نتایج عددی و تجربی استنتاج کرد [11]. بررسی تجربی شاه تیر جعبه ای استاندارد تحت خوردگی کم، متوسط و شدید اخیراً انجام شد [12,13].
abstract
This paper presents experimental and numerical study on the collapse of aged steel jackets, caused by corrosion or fatigue crack. The test models were manufactured in accordance with a scale ratio of a prototype jacket. Corrosion and crack damages calculated by some empirical equations were subjected to the model. The collapse experiments were performed for the intact, corroded and cracked jacket model. Damaged versus intact model comparison indicates that the crack and corrosion damage will degenerate the ultimate loads of structure significantly, and they will induce the different failure modes of the damaged jackets with intact one. The two damaged jackets are both failed by the crack tearing of the leg. Nonlinear finite element method was applied for experimental results validation. Numerical and experimental results are proven to be in a good agreement.
1. Introduction
Steel jackets have been widely used in offshore oil industry in recent 20 years [1]. A number of over 15-years old jackets are still operational in Bohai bay of China, Mexican Gulf and Brazilian waters. As structures reach their design service lives, the fatigue life should be reassessed. The crack and corrosion play major role in structural aging, when jacket is subjected to environmental conditions like wave, wind and current loads. The ultimate strength will degrade with the crack and corrosion growth, causing risk of in the collapse and failure of the whole jacket, which will result in the loss of people, property and environment pollution. Some aspects of aged jacket fatigue life reassessment are presented in [2], in which the collapse assessment was performed by pushover method. One of the main motivations for this reassessment may be the safety or the need to extend their life. The attention has been paid on the residual ultimate strength of the aged structure such as ship or elements for other marine structures and the intact jacket and other ones with crack and corrosion damages. Some works about global nonlinear collapse analyses of three-dimensional steel jacket were done using numerical method in [3]. The strength of tubular structure as ring-stiffened DT-joints in offshore jacket was predicted using finite element method [4]. Fatigue reliability analysis was done for the jacket support considering the corrosion and inspection [5]. The influence of crack and corrosion on the ultimate strength of aged ship was analyzed by Paik [6]. Reliability analysis of the ship subjected to the damages was also performed by Akpan [7] and Guedes Soares [8], but the resistance of the aged ship was simplified to the initial yielding that will underestimate or overestimate the ultimate strength. Besides, the collapse behavior of the ship plate under crack, corrosion and dent was assessed by the numerical and experimental methods [9], and also for the plate with pit corrosion using nonlinear finite element by Paik [10]. A general expression of the ultimate strength of the plate with any crack was derived based on the experimental and numerical results [11]. The experimental investigation for the scantling box girder under slight, average and severe corrosions was done recently [12,13].
چکیده
1.مقدمه
2. نظریه اساسی
1.2 مدل دارای ترک
2.2 مدل دارای خوردگی
3.2 مقاومت نهایی با آسیب ها
3. برنامه تجربی
1.3 مدل آزمایش جکت
2.3 آسیب ترک و خوردگی مدل در عمر خدماتی
3.3 توصیف مدل های آزمایش شده
4.3 راه اندازی آزمایشگاهی
5.3 دنباله بارگذاری
4. نتایج تجربی
1.4 مقاومت نهایی مدل دست نخورده
2.4 مقاومت نهایی با ترک
3.4 مقاومت نهایی با خوردگی
4.4 مقایسه بین نتایج تجربی و نتایج عددی
.5.4 بحث در مورد نتایج آزمایشگاهی
5. نتیجه گیری
abstract
1. Introduction
2. Fundamental theory
2.1. Crack model
2.2. Corrosion model
2.3. Ultimate strength with the damages
3. Experimental program
3.1. The jacket test model
3.2. Crack and corrosion damage of the model in serving life
3.3. Description of the tested models
3.4. Experimental setup
3.5. Loading sequence
4. Experiment results
4.1. The ultimate strength of the intact model
4.2. The ultimate strength with crack
4.3. The ultimate strength with corrosion
4.4. Comparison between the experimental results and numerical results
4.5. Experimental results discussion for three models
5. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه