深水半潛式平臺(tái)疲勞損傷評(píng)估技術(shù)研究.pdf

1、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展導(dǎo)致油氣資源的消耗量急劇上升，進(jìn)一步加快海洋油氣資源的開發(fā)是緩解油氣資源壓力的重要途徑之一。深水浮式平臺(tái)是目前深水油氣資源開發(fā)的主要設(shè)備，其長(zhǎng)期處于海洋環(huán)境當(dāng)中，在循環(huán)荷載的作用下不可避免的產(chǎn)生累積疲勞損傷，最終使得結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞失效，引發(fā)災(zāi)難性事故。疲勞損傷是海洋結(jié)構(gòu)物重要的損傷形式之一，因此有必要對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞損傷進(jìn)行深入研究。
　　本文系統(tǒng)的總結(jié)了疲勞分析相關(guān)理論模型和常用的分析方法，對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞分析的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了

2、詳細(xì)的論述，并在結(jié)構(gòu)的疲勞評(píng)估技術(shù)方面開展了一些研究工作，本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、針對(duì)本文研究的半潛式平臺(tái)建立了水動(dòng)力模型、結(jié)構(gòu)有限元模型和質(zhì)量模型，對(duì)其頻域水動(dòng)力模型進(jìn)行了分析研究，得到了結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力參數(shù)。利用格林函數(shù)、源強(qiáng)函數(shù)和Morison公式對(duì)作用在半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)上的波浪荷載進(jìn)行了計(jì)算。利用設(shè)計(jì)波法得到了半潛式平臺(tái)典型受力工況下的設(shè)計(jì)波要素，并對(duì)該設(shè)計(jì)波條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算校核。研究結(jié)果表明本文研究的半潛式平

3、臺(tái)水動(dòng)力性能優(yōu)良，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。
　　2、根據(jù)半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和應(yīng)力分布規(guī)律，篩選了容易產(chǎn)生疲勞損傷的六個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了網(wǎng)格加密處理，經(jīng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析得到了關(guān)鍵點(diǎn)處的熱點(diǎn)應(yīng)力傳遞函數(shù)。利用譜分析方法對(duì)不同方向波浪作用下關(guān)鍵點(diǎn)的疲勞損傷規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比研究。研究結(jié)果表明，波浪縱向作用時(shí)造成的關(guān)鍵點(diǎn)疲勞損傷最小，橫向時(shí)次之，斜向時(shí)最大。波浪斜向作用時(shí)，立柱和縱向浮筒以及立柱與斜撐連接處的疲勞壽命偏小，其他點(diǎn)的

4、疲勞壽命滿足要求。
　　3、針對(duì)半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)系泊耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究，得到了不同海況下結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)程和系纜張力時(shí)程，對(duì)結(jié)構(gòu)在極限環(huán)境條件下的運(yùn)動(dòng)和系纜張力進(jìn)行了校核。利用時(shí)域方法對(duì)系纜的疲勞損傷問題進(jìn)行了研究，探討了波浪波高和波浪周期對(duì)系纜損傷度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，若波浪波高恒定，隨著波浪周期的增大系纜的疲勞損傷度呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì);若波浪周期恒定，隨著波高的增大系纜的疲勞損傷度呈指數(shù)增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。三段式系泊的疲勞

5、壽命可以分為三個(gè)區(qū)域:低壽命的上端系泊錨鏈區(qū)、高壽命的中段系泊鋼纜區(qū)以及低壽命的拖地段系泊錨鏈區(qū)。在相同條件下系泊鋼纜的抗疲勞性能要遠(yuǎn)優(yōu)于系泊錨鏈的抗疲勞性能，R4級(jí)系泊錨鏈的抗疲勞性能要優(yōu)于R3級(jí)系泊錨鏈的抗疲勞性能。
　　4、針對(duì)提高疲勞評(píng)估時(shí)域方法的計(jì)算效率問題展開了研究，通過對(duì)多個(gè)短期海況組塊進(jìn)行等效，減少時(shí)域評(píng)估時(shí)計(jì)算的海況個(gè)數(shù)來達(dá)到提高時(shí)域方法的計(jì)算效率的目的。研究提出了四種波浪海況組塊劃分方式，設(shè)計(jì)了評(píng)估偏差參數(shù)和計(jì)