海洋平台TT型管节点的极限强度分析
海洋管道结构强度设计
4.6屈曲
整体屈曲：管道像压杆一样屈曲，符合经典欧拉屈 曲方程。
整体屈曲的诱因：
拖网的撞击； 拉引和挂钩； 管道不直。
整体屈曲的形式：
侧向屈曲； 向下屈曲； 垂直屈曲。
4.6屈曲
侧向屈曲——管道暴露在平坦的海床上
4.7船舶抛锚和拖网
船舶抛锚可能对海底管道造成损伤，可根据 DNV-RP-F107规范对风险进行评估：
4.7船舶抛锚和拖网
破坏级别分类
4.7船舶抛锚和拖网
可根据DNV-RP-F111规范对拖网进行分析： 拖网分析基本数据要求 在计算力以及管道的影响之前，要确定关于预期的沿着
管道线路的拖网作业的基本参数，这些沿着管道线路的 参数包括（但不仅限于此）：
埋置管道的设计通常分成两个阶段：
预安装阶段：目的是预测费用和用石量； 安装阶段：目的是保证管道的完整性。
4.6屈曲
局部屈曲：表现为整体横截面的变形，大的累 积塑性应变可能会导致局部屈曲，应加以考虑。 管道的局部屈曲一般满足如下的标准：
在只有过度的外压情况下的系统压溃； 在只有过度的外压情况下的屈曲扩展； 联合载荷标准，例如，外压或者内压的相互作用、
起的屈曲； 3、局部屈曲扩张：由于管道局部屈曲或类似损伤后，
在外压作用下引起的。
4.6屈曲
整体屈曲：并不是失效模式，但是可能引起其他的 失效模式，如局部屈曲，断裂和疲劳。因此，整体 屈曲校核之后，应该对管道进行不同失效模式的校 核，称为管道完整性校核。
整体屈曲是对管道受有效轴向压力的响应，且降低 轴向承载能力。有发生整体屈曲倾向的管道可能是 受到高的轴向力或者是管道有低的屈曲能力。
海底管道强度分析与稳定性研究
海底管道强度分析与稳定性研究摘要：随着社会经济的不断发展，人类对能源的需求不断增大，海洋石油产业蓬勃发展。
海底管道作为海洋能源输送的重要方式，具有无可替代的重要作用，海底环境特殊且复杂，海底管道造价高昂和失事严重后果，海底管道一直是一个重要的研究方向。
关键字：海底管道；强度分析；稳定性；路由选择1.海底管道的介绍海底管道包括海洋油气田开发输送管道和进出口油气输送管道。
海洋油气田开发输送管道的特点是管道内输送的流体，其流速、流量、压力等变化范围大，包括油气田外输管道和油气田内部连接管道。
外输管道用于输送油气田初处理后的原油和天然气，一般较长。
进出口油气输送管道与油气田开发无关，是用来把商业油气通过海底油气管道输送到预定位置，大多用在油气的进出口输送工程中。
进出口油气输送管道的特点是：管道内输送的流体，其流速、流量、压力等变化范围小，流量大。
2.海底管道路由选择根据油气管道的用途和总体布局在海图上进行路由预选。
在路由预选时应根据尽可能得到的路由海区已有的自然环境资料、海洋开发活动及其规划资料、已建海底电缆管道资料等，综合考虑进行路由预选，在情况复杂的海域，可选择2-3个比较方案，待路由调查后确定。
对于有登陆的管道应进行登陆点现场踏勘，选择有利于管道登陆的区段作为登陆点。
路由勘察包括工程地球物理探测、工程地质取样和土工试验、海洋水文气象要素观测和推算、腐蚀环境参数测定。
3.海底管道的强度分析与设计海底油气管道强度分析与设计目前有两种法。
一是允许应力法，以DNV2013为代表的包括ASEM31.4和ASEM31.8在内的规范和作法。
二是极限状态法，以DNV OS F101和API -RP 1111规范和作法为代表。
采用允许应力法在世界范围内设计了众多的海底管道，现在仍然被工程设计单位应用，由于该方法比较成熟，国际上的工程公司和科研结构开发出大量的与之配套的计算机软件，并且这些软件已经商业化，容易购买和使用。
半潜式钻井平台甲板结构极限强度分析解读
江苏科技大学本科生毕业设计(论文)学院船舶与海洋工程专业船舶与海洋工程学生姓名王杰班级学号1040101128指导老师施兴华二零一四年六月江苏科技大学本科生毕业论文半潜式钻井平台甲板结构极限强度分析Ultimate strength analysis of semi-submersible drilling platform deckstructure摘要人们对陆地和近海资源过度开发，导致陆地和近海资源快要枯竭，所以海洋石油的开发必须要从近海向深水地区发展。
随着海洋石油资源开采事业日益发展，半潜式钻井平台在海洋油气开采工作中板眼了越来越重要的角色。
其安全问题也引起了重视，为了确保平台的结构安全，十分有必要对钻井平台进行极限强度分析。
本文的主要研究内容是：对国内外对平台极限强度分析的现状进行了了解，学习了有限元分析的理论知识，阐述了非线性问题的来源以及解决非线性问题的方法，以平台甲板结构为例进行了研究。
本文对ANSYS软件的发展过程以及功能进行了简要的介绍。
本文学习、总结了以前在极限强度方面的理论成果，以半潜式平台甲板结构为研究对象，应用大型有限元软件ANSYS对结构进行建模，对其施加载荷，进行有限元分析，计算出极限强度。
关键词：半潜式平台；甲板；极限强度；ANSYSAbstractPeople overexploited land and offshore resources, which leading to the depletion of onshore and offshore resources soon, so we have to search for resources from offshore to deep water offshore areas. With the exploitation of offshore petroleum resources career growing, semi-submersible drilling platform plays an increasingly important role in the offshore oil and gas exploration work. Its security issue also attracted our attention. For the purpose of ensuring the structural safety of the platform, analyzing the ultimate strength of the drilling platform is becoming more and more necessary.In this article, we can know something about the current situation of the ultimate strength analysis at home and abroad and learn the theoretical knowledge of finite element analysis. The article also describes the nonlinear problem of sources and methods to solve nonlinear problems. We take the platform deck as an example for the study. This particle also introduces the development process and function of the ANSYS software. This article studied and summarized the previous theoretical results in aspects of the ultimate strength. We took the platform deck structure as an example for study. We made a structural model with finite element software ANSYS and analyze its ultimate strength of finite element.Keywords: Semi-submersible drilling platform;Deck ; Ultimate strength; ANSYS目录第一章绪论 (2)1.1 研究背景 (1)1.2 研究的意义 (2)1.3 半潜式平台研究现状 (2)1.4 平台极限强度国内外研究现状 (4)1.5 本文的主要工作 (6)第二章结构极限强度分析 (7)2.1 半潜式平台极限强度计算方法 (7)2.1.1 基本假定 (8)2.1.2 简化逐步破坏分析法计算极限强度过程 (8)2.1.3 半潜式平台极限强度的预判 (9)2.2 有限元分析法 (10)2.2.1 有限元分析法的起源和概述 (10)2.2.2 基础性原理 (11)2.2.3 非线性有限元分析需考虑的问题 (11)2.3 本章小结 (12)第三章 ANSYS软件简介 (13)3.1 ANSYS软件的发展过程 (13)3.2 ANSYS软件的使用环境 (13)3.2 ANSYS软件的功能 (14)3.3 ANSYS软件的技术特点 (14)3.4 ANSYS软件的非线性有限元分析 (15)第四章平台甲板结构的极限强度分析 (16)4.1 建立模型 (16)4.1.1 模型参数 (17)4.1.2 建立平台甲板模型 (19)4.2 加载计算 (23)4.3 结果分析 (24)总结与展望 (34)致谢 (36)参考文献 (37)第一章绪论1.1 研究背景海洋面积占了地球表面积的很大比例，高达70.9%，海洋的平均深度约为3730米，水深在200—6000米的范围内的海洋高达90%，至今为止，还有大量的海域尚未开发，特别是海洋油气等重要资源。
基于海洋平台管节点的结构可靠性分析
Abstract
were assured with Monte-Carlo simulation method. Then based on the reliability theory, strength reliability index and relevant failure probability of typical tubular joints were calculated using JC method. At last, on the function of reliability formula brought by Sigurdsson, system reliability of platform structure was analyzed by equivalent load method, and the failure judgement critera of platform system was proposed.
江苏科技大学 硕士学位论文 基于海洋平台管节点的结构可靠性分析 姓名：王辉辉 申请学位级别：硕士 专业：船舶与海洋结构物设计制造 指导教师：窦培林 20070318
摘要
基于海洋平台管节点的结构可靠性分析 摘要
管节点是海洋平台结构关键的部位，同时也是最薄弱的构件。节点处应力高度集 中，极易发生疲劳破坏、冲剪破坏以及其它形式的破坏。一旦节点发生破坏，可能会 导致整个结构失效。因此，管节点强度设计和可靠性分析是当前海洋结构基本性能研 究的主要方向，也是保证平台结构安全的重要问题。 本文主要通过对渤西 QK18-2 导管架平台进行节点和体系可靠性计算分析，寻找 平台最不利的节点和荷载工况组合，为合理设计海洋平台结构和现役平台的科学评估 提供分析方法和理论依据。本论文主要包括以下内容： 运用大型结构有限元分析软件 MSC.Patran / Nastran ，选用四边形壳单元对 T、Y 型圆管节点进行了弹塑性大挠度分析。通过观察节点应力和塑性区分布扩展规 律，揭示节点受力性能，并选择影响圆管相贯节点的承载力的主要因素，对其承 载力性能进行研究，从而找到极限承载力随其几何参数的变化规律，获得一些有 益的结论，为节点的强度设计和可靠性分析打下基础。 运用 MSC.Patran 建立了渤西 QK18-2 导管架平台整体结构有限元模型，计算了平 台的环境载荷，并按照规范进行了荷载组合，确定了结构计算分析的主要工况。 在建立的平台整体有限元模型的基础上，运用 MSC.Nastran 计算了各种荷载组合 工况下平台的整体结构应力。通过对平台整体结构的应力分析，并结合节点极限 承载力随其主要参数变化的规律，完成了平台应力幅较大的典型管节点的选取。 根据 API 有关规范，对典型管节点进行了强度校核。这是进行节点强度可靠度计 算分析的前提。 对渤西 QK18-2 固定式平台进行节点和体系可靠性分析。首先依据 QK18-2 平台 附近海域长期统计分布资料，应用 Monte − Carlo 模拟方法确定了平台可靠性分析 中诸多随机变量的统计参数和概率分布函数，然后基于可靠度理论，选用中国海 洋石油天然气行业标准《海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法—荷载和抗 力系数设计法》 （SY/T 10009-2002）中关于管节点强度校核的极限状态函数，运 用 JC 法计算了 QK18-2 平台结构典型管节点的强度可靠度指标和相应的失效概 率。最后根据 Sigurdsson 等人提出的可靠度计算公式，采用等效荷载法对平台结 构体系可靠度进行了近似分析，提出了平台系统的失效评判准则。
海洋平台的极限强度分析方法探析
海洋平台的极限强度分析方法探析1 概述能源是人类社会发展的物质基础。
随着经济的快速发展，石油的需求量日益提高，同时陆地石油不断减少，海洋石油开发成为热点。
平台工作水深不断增加，传统海洋平台运动性能和定位方式难以满足要求。
固定式平台因自重和造价等因素也不能适应深海环境，所以研发新型的适应深海的浮式海洋平台。
分析、设计、制造能适应多种水深、多种工作环境的海洋平台十分必要。
近年来国内外学者对平台的设计研究较多，而对平台的结构强度及可靠性分析不够，而且多数研究仅限于简单板、加筋板或固定式平台结构，对平台结构的复杂的节点结构、关键的横撑构件等极限强度研究不够。
本文将利用船体有限元分析方法，根据相关资料采用大型通用有限元软件对平台的整体结构进行有限元模拟，按照结构的实际情况确定有限元网格的规模和单元的类型，建立结构有限元模型。
2 环境载荷对于工作地点在大海中的海洋石油平台经受的外界环境载荷主要包括风、波浪、海流、冰以及地震海啸等，本文主要考虑风、波浪和海流三大主要环境载荷。
2.1 风载荷海洋结构物设计过程中，风载荷对稳性、定位系统和局部结构强度等的影响必须考虑。
目前工程界对脉动风的描述，一般有稳定部分和变动部分。
海工界经常使用的是NPD谱和API谱。
2.2 海流载荷海流存在于距离海平面的一定深度，因此对于水下构件以及海底构件会产生力的作用，同时影响着平台方位的选择以及船舶靠岸等。
潮汐流和风浪流是海流两种类型，前者是由于天体运动形成的引潮力引起的，后者是由于气象、水文等因素引起的。
余流的主要组成部分是风海流。
对于海洋平台所受的风和流载荷，通常是通过风动试验来取得其载荷的大小。
2.3 波浪载荷海洋结构物在波浪作用下产生的作用效应有：（1）拖曳力作用，这是由于流体不是理想流体而引起的粘滞效应；（2）惯性力作用，这是由于附加质量效应引起的；（3）散射效应，由于入射波受到结构物阻碍引起的；（4）自由表面效应。
结构物界面的特征尺寸和波长是影响波浪载荷对于结构物作用的重要影响因素。
阐述影响海洋石油平台导管架寿命的因素
阐述影响海洋石油平台导管架寿命的因素导管架结构长期服役在恶劣的海洋环境条件下，其安全性与服役寿命普遍受到风、波浪、潮流、海流、积雪、结冰、流冰、海底土质情况、地温、水温、气温、潮汐等因素的作用与影响，甚至这些环境荷载（主要是风、波、浪、流）成为决定深水导管架结构安全性与服役寿命的关键因素。
1 主要破坏形式海洋工程结构在环境载荷作用下所产生结构响应分刚体位移及弹性振动两大类，产生破坏形式主要有5种，分别为：极限强度破坏（构件在外载荷作用下最大应力σmax达到或超过了构件最大承载能力）、失稳破坏（构件所受压应力达到许用失稳压缩应力）、脆性破坏、疲劳破坏（在交变载荷作用下含裂纹构件的裂纹失稳扩展）、腐蚀破坏，其中断裂和疲劳以及腐蚀破坏三种破坏形式出现较多。
2 结构断裂导管架结构断裂容易发生的原因主要有以下五个方面：（1）采油平台导管架结构属于典型的焊接结构，那么在焊接过程中焊缝及近焊缝区产生一定尺寸和数量（如裂纹等）的各种类型缺陷将是无法避免的。
（2）其服役环境海域温度可能较低，如断裂预防对于服役于我国渤海海域的海洋工程结构就显得尤为重要，该海域大气温度在冬季可达-22℃左右（50年一遇）。
（3）在焊接接头部位很容易产生诸如热应变时效脆化，热影响区粗晶脆化，组织脆化（出现马氏体及M-A组元等脆性组织），遗传脆化，焊缝中氢、氧、氮等元素含量过高而引起的脆化等现象出现，导致焊接接头的低温韧性不容易保证。
（4）多轴的焊接拉伸残余应力严重地降低其抗脆断能力（一方面引起三轴拉伸应力状态，降低材料的韧性，另一方面叠加在工作应力之上，严重放大工作载荷）。
（5）随着工程不断向深海推进，海洋工程结构所使用的钢板厚度越来越大，如工作在200m左右水深的我国荔湾3-1的固定式海洋石油平台导管架的桩腿壁厚已达100mm厚，导致钢材的韧性降低。
（6）导管架结构复杂，存在高度应力集中的部位，如海洋石油平台导管架的K、T、Y节点部位。
船舶与海洋工程结构极限强度分析
有限元分析可以处理复杂的几何形状和材料属性，同时可以方便地进行参数化和优化设 计。此外，有限元分析还可以考虑结构内部的非线性效应和损伤演化过程。
04
船舶与海洋工程结构极限强度 评估与优化
极限强度评估方法
静力评估方法
通过施加等效静力载荷， 评估结构在静力作用下的 响应，确定其极限强度。
THANKS
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动力分析的局限性
动力分析需要考虑结构内部的动 态响应，但计算过程相对复杂， 需要较高的计算能力和经验。
有限元分析方法
有限元分析的基本原理
有限元分析是一种基于数值计算的方法，通过将结构离散化为有限个单元，并利用数学 方法求解每个单元的应力和变形，从而得到整个结构的极限强度。
有限元分析的步骤
有限元分析通常包括建立结构模型、划分网格、施加边界条件和载荷、进行求解和分 Nhomakorabea 等步骤。
06
结论与展望
本文的主要工作和结论
极限强度分析方法
本文提出了一种新的船舶与海洋工程结构极限强度分析方 法，该方法基于有限元理论和数值模拟技术，能够准确评
估船舶与海洋工程结构的极限承载能力。
多种工况下的强度分析
本文针对不同的工况，如风浪、冰载荷、碰撞等，对船舶 与海洋工程结构进行了详细的极限强度分析，并得到了相
极限强度的影响因素
材料性质
材料的强度、韧性、塑性等性 质对极限强度有重要影响。
结构形式与尺寸
不同的结构形式和尺寸会导致 应力分布和变形情况的不同， 从而影响极限强度。
荷载条件
荷载的类型、大小、分布和作 用方式等都会影响结构的极限 强度。
环境因素
海洋环境中的温度、盐度、波 浪、潮流等条件对船舶与海洋 工程结构的极限强度产生影响
海洋导管架平台结构极限强度分析方法
海洋导管架平台结构极限强度分析方法徐志毅;陈波;张勇【摘要】HZ26-1 platform is exampled.The selected environmental load depending on China South Sea characteristics,P-Delta effect and professional offshore engineering software SACS are used to analyze the nonlinear failure characteristics of offshore platform structure.The reserve strength coefficient of the jacket can be obtained,which can confirm the safety margin of the platform quantitatively,and make theoretical support for the maintenance of structural integrity.%以HZ26-1平台为例,根据附近海域的特点选定环境载荷,考虑P-Delta效应这一几何非线性因素,利用SACS软件进行计算,分析平台结构的非线性失效特性,得到所分析平台导管架的储备强度系数,可以定量地确认平台的安全余量,为结构完整性的维护做理论支持.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2018(033)001【总页数】6页(P79-84)【关键词】极限强度;导管架平台;SACS软件【作者】徐志毅;陈波;张勇【作者单位】中海石油(中国)有限公司惠州作业公司,深圳 518000;中海石油(中国)有限公司惠州作业公司,深圳 518000;中海石油(中国)有限公司惠州作业公司,深圳518000【正文语种】中文【中图分类】P750 引言自20世纪80年代以来，我国海上石油工业飞速发展，在渤海、东海和南海海域约有近200座固定式导管架平台。
海洋平台结构与强度 第7章 节点强度与疲劳分析
第七章 节点强度与疲劳分析
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7-2管状节点示意图 (a)管型节点 (b)箱型节点渐变段
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第七章 节点强度与疲劳分析
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为了增加节点的强度，采取局部加强措施。 1 将节点附近的弦管壁局部加厚。这种增厚 的部分称为节点罐。 2 在接头处加肘板或撑板。加撑板的目的是 为了增加撑管与弦管的焊缝长度，以便使 撑管传来的载荷分散到较大的面积上。 3 但撑板与管子连接线处的应力集中仍很严 重。因此近年来加撑板的管节点使用较少， 大多数管节点的加强措施还是用局部增厚 或者用具有更高屈服强度的材料铸造成节 点罐的形式。
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第七章 节点强度与疲劳分析
3
上节内容回顾 平台的吸能能力
为了提高平台的吸能能力，可采取下列措施 (1)加强主要构件连接处的强度； (2)在结构与基础中，应当有一定的强度余量， 使在地震中主要构件损坏后，还能进行载荷重分 布； (3)在总体设计图及详图中，应避免引入会使刚 度和强度产生急剧变化的构件； (4)避免选用在强震载荷下的脆性材料； (5)要考虑到由地震运动引起的相反方向的载荷 影响。
(1)把平台作为单自由度系统，按等效静力法 计算，将载荷动力放大。 (2)把平台作为多自由度系统将载荷作为瞬变 载荷，按瞬时反应进行分析。 (3)谱动力疲劳分析法，可同时考虑结构的瞬 时反应与循环载荷作用下结构的疲劳特点。 其中第1中方法误差较大，方法2不能反应疲 劳特性，方法3还未完全实用。
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第七章 节点强度与疲劳分析
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海洋平台T型管节点应力分布研究
烟台大学硕士学位论文海洋平台T型管节点应力分布研究姓名：张国栋申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：曲淑英;邵永波20080315摘要海洋平台管节点长期承受海洋环境中循环荷载的作用，疲劳破坏是其主要破坏形式之一。
管节点的疲劳寿命通常由S-N曲线方法确定，该方法的使用依赖于对节点应力集中系数和应力分布的准确计算。
本文对T节点在承受轴向荷载，平面内弯曲荷载和平面外弯曲荷载下的应力集中系数进行了数值模拟，并且考虑了焊缝对管节点应力集中系数的影响。
使用三维20结点固体单元对结构进行模拟，因为三维20结点固体单元可以精确的模拟焊缝尺寸的变化，从而能够准确的考虑到焊缝对结构的影响。
在进行数值模拟时，结构的有限元网格采用分区划分的方法。
整个结构根据计算需要划分为不同区域，对每个区域单独地进行网格划分，进而控制网格的质量和精度。
每个区域的网格独立产生后，通过合并形成整个结构的有限元网格。
在此基础上，使用通用的有限元软件ABAQUS分析了典型的T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载下的应力集中系数的大小和分布，总共对816组T节点模型进行了有限元分析，并研究了各几何参数对节点应力集中系数的大小和分布的影响。
在对T节点有限元分析的基础上，分别提出了T节点在轴向、平面内和平面外荷载作用下主管和支管上应力集中系数最大值的参数公式，并对所提参数公式进行误差分析。
在对节点应力集中系数最大值参数公式准确推导的基础上，利用这些公式分布推导出了T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载作用下主管和支管应力集中系数分布的参数公式，并且进行了误差分析。
将本文提出的应力分布参数公式的计算结果与试验结果及已有公式的计算结果进行了比较分析。
通过分析发现本文所提的应力分布参数公式可以对T节点在不同荷载下的应力集中系数分布进行准确的估算。
关键词：T型管节点焊缝模拟几何参数应力集中系数分布公式AbstractFatigue failure is one of the most common failure types for welded tubular joints under cyclic loads in their severe service environment of offshore engineering. Generally, the fatigue life of tubular joints can be estimated by referring to S-N curve method which depends on the accurate prediction of stress concentration factor (SCF) and stress distribution for tubular joints under general load conditions. The parametric equations for the stress distribution are deficient, and all of them were derived from the shell elements so the precision is suspected.In this study ,numerical modeling will be carried out for the analysis of the stress concentration factors of tubular T-joint subjected to axial, in-plane and out-of plan loading, and the effect of the weld on the stress concentration factor of T-joint will be considered. 20-node quadratic solid elements will be used to model the whole structure. Such elements can be used to model the weld accurately. Then the effect of the weld can be considered accordingly. Sub-zone mesh generation method is used in the numerical modeling. The whole structure is divided into several zones. After that, the mesh of each zone is generated separately. This method can control the mesh quality easily. After the mesh of each zone is generated, the mesh of the whole structure can be obtained by merging the mesh of all the zones. Thereafter, the magnitude and the distribution of the stress concentration factors along the weld toe for tubular T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings are analyzed using ABAQUS software. Finally, through the FE analysis of 816 models, the effects of geometrical parameters on the stress concentration factor values and their distribution are investigated.Based on the results of the FE analysis of T-joints, the parametric equations of the maximal SCF of the chord and brace for T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings have been presented. Error analysis of these parametric equations has also been conducted. Then the results of parametric equations of the maximal SCF are used to derive parametric equations of the stress distributions around the weld intersection for T-joints. Comparisons have also been made of the results for the stressdistribution equations with the tested data as well as other previously published equations. Throughout the analysis, it has been found that the proposed parametric equations can provide accurate estimation for the SCF distribution of T-joints in a validity range.Key words:tubular T-joint, weld modeling, geometric parameters,stress concentration factor, SCF distribution equation烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。