深水网箱浮架结构的失效及疲劳性能分析

来源：农业工程学报杂志2020年第3期北京时间：

作者：刘海阳,胡昱,黄小华,袁太平,王绍敏,陈明强,郭根喜,

摘要：为了分析台风海况环境与系泊载荷导致深水网箱局部崩塌的现象，分析网箱部件长期承受波浪交变载荷作用而导致的疲劳破坏问题，该文自主开发网箱浮架试样的加工方法，并进行浮架管材的性能参数测定，进一步采用等效载荷有限元模拟、全场景有限元模拟与力学试验对比验证，结合有限元结构仿真分析网箱浮架的失效及疲劳情况。结果表明，网箱浮架承受拉伸及弯曲载荷时弹性变形至塑性变形的临界屈服强度为22.12 和30.58 MPa；浮架应力集中及疲劳关键节点主要为焊接点、系泊点、管材联接及工字架装配边缘区域，塑性区扩展至表面且断裂伸长率大于340.18%时发生结构断裂；浮架单点系泊及均布载荷40 kN时的低周疲劳寿命为734次应力循环，主要是由于此时的结构应力大于疲劳极限3.38 MPa导致疲劳寿命减小。增大系泊面积和工字架数量、减少焊接接头、降低联接管材的SDR系数可有效提高网箱浮架的可靠性能。研究结果可为长期和极限作业环境下网箱结构的优化设计提供参考。

关键词：有限元, 力学性能, 深水网箱, 疲劳寿命, S-N曲线