بررسی آزمایشگاهی و عددی توزیع ضرایب تمرکز تنش در اتصالات لوله ای kt تک صفحه ای سکوهای فولادی با و بدون سخت کننده و تعمیم مطالعه عددی به اتصالات چند صفحه ای

زیرسازه های سکوهای شابلونی، سکوهای خود بالابر، و برج های مهارشده که از جمله متداول ترین سکوهای فراساحلی فولادی هستند، قاب های فضاکار بوده و از اتصال اعضائی تشکیل می شوند که عمدتاً از مقاطع دایروی توخالی (chs) ساخته شده اند. در محل تلاقی این اعضا، که یک اتصال لوله ای نامیده می شود، مقاطع انتهائی یک یا چند عضو مهاری به سطح خارجی عضو اصلی جوش می شوند. بارگذاری چرخه ای ناشی از امواج دریا، این اتصالات را در معرض آسیب ناشی از خستگی قرار می دهد. متداول ترین رویکرد در تخمین عمر خستگی سازه های فراساحلی، استفاده از روش تنش - عمر است که مبتنی بر بکارگیری منحنی های s?n می باشد. در این روش، تعداد چرخه های بارگذاری قابل تحمل پیش از گسیختگی، بر مبنای محدوده تنش بحرانی (hss) تخمین زده می شود. محدوده hss با استفاده از محدوده تنش اسمی و پارامتری که ضریب تمرکز تنش (scf) نام دارد قابل تعیین است. scf که به صورت نسبت تنش سطحی در محل تلاقی اعضای اصلی و مهاری به تنش اسمی در عضو مهاری بارگذاری شده تعریف می شود، تابعی از خصوصیات هندسی اتصال، وضعیت بارگذاری، نوع و ابعاد جوش، و موقعیت مورد نظر برای محاسبه scf در امتداد پروفیل جوش است. ضرایب تمرکز تنش، علاوه بر تعیین عمر خستگی اتصال، در تشخیص اتصالات بحرانی جهت انجام بازرسی، پیش بینی محل آغاز ترک های سطحی ناشی از خستگی، و تخمین عمر باقی مانده اتصالات ترک خورده با استفاده از روش های مکانیک شکست نقش کلیدی دارند. در این رساله، ضرایب تمرکز تنش در اتصالات لو له ای kt، که از جمله اتصالات بسیار متداول در سکوهای شابلونی هستند، مورد بررسی قرار گرفته اند. روند انجام این پژوهش را می توان به چهار بخش اصلی تقسیم نمود. در بخش اول، توزیع scf در امتداد پنجه جوش در اتصالات kt تک صفحه ای ساده، دو صفحه ای متعامد، و تک صفحه ای تقویت شده با سخت کننده های حلقوی داخلی، به شکل آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش دوم، مدل های عددی متعددی از انواع مختلف اتصالات kt تولید شده و نتایج تحلیل برای بررسی تأثیر خصوصیات هندسی اتصال روی مقادیر scf بکار گرفته شده اند. سپس نقش چند صفحه ای بودن اتصال و تأثیر بکارگیری سخت کننده ها در مسئله تمرکز تنش بررسی شده است و ضرایب تمرکز تنش در نقاط مختلف اتصال و تحت اثر بارگذاری های متفاوت مورد مقایسه قرار گرفته اند. ضمناً تأثیر بارگذاری دینامیکی روی مقادیر scf بررسی گردیده است. در بخش سوم، یک سری معادله پارامتری برای محاسبه scf بر حسب خصوصیات هندسی اتصال ارائه شده است و در بخش چهارم، توابع احتمال حاکم بر توزیع scf استخراج گردیده و پس از فرمول بندی توابع حالت حدی در دو رویکرد تنش - عمر و مکانیک شکست، تأثیر ضرایب تمرکز تنش و نقش سایر پارامترهای موثر در حالات حدی مورد مطالعه روی قابلیت اعتماد سازه ای اتصال تحت اثر خستگی بررسی شده است.