基于裂纹扩展的海洋平台疲劳可靠性分析

文章基于裂纹疲劳基本理论,针对在役导管架平台出现初始裂纹状态下结构承载力进行分析,考虑结构损伤与腐蚀等因素,建立了典型导管架平台整体结构模型和局部子模型,分析了在该工况下平台整体结构的疲劳强度,并确定了平台结构的疲劳关键部位。采用几何应力外插法计算了热点应力,基于疲劳裂纹扩展的疲劳分析方法,计算了疲劳关键节点的疲劳寿命与疲劳可靠度。该方法能够为海洋平台结构的维护和保养提供一定参考。     

考虑船体与桩腿间隙的自升式平台桩腿疲劳寿命评估

以作业水深为76.2m的自升式平台为例,研究桁架式老龄自升式平台桩腿疲劳寿命的评估方法.考虑桩腿和船体之间间隙非线性接触建立整体有限元模型,针对桁架式桩腿弦杆截面为非圆柱截面的特点,提出了其水动力计算和结构应力计算的有效方法.采用有限元方法计算各疲劳子工况下的动力响应,确定应力传递函数及相应的应力谱,预报平台桩腿的疲劳寿命.     

我国海上导管架平台抗冰锥体的设计实践

冰激振动是渤海重冰区导管架平台的主要危害.渤海重冰区导管架平台在腿柱上安装了抗冰锥体,基本解决了平台冰激振动问题.主要阐述了抗冰锥体的基本抗冰原理和设计方法,分析了渤海典型导管架平台抗冰锥体的设计实践,对渤海重冰区导管架平台和抗冰锥体的设计提出了建议.     

渤海单立柱桶型基础平台冰振分析

桶形基础平台是一种新型的海洋结构,由于目前对该结构的研究集中在桶基失效及承载力方面,其抗冰振性能还很模糊。文章基于对渤海单立柱式桶基平台的多年现场监测,发现其冰振加速度响应显著,明显高于导管架平台结构。利用谱分析方法对一实际桶基平台进行了冰振疲劳寿命分析,计算结果表明,关键点疲劳寿命符合规范要求。最后,提出此类结构冰振抑制策略,为其结构抗冰设计提供依据。     

导管架平台火炬臂冰激振动响应数值分析

针对渤海某浅水重冰区导管架平台火炬臂的冰激振动问题,提出了一种基于有限元的时域分析方法。该方法根据导管架平台火炬臂的结构特征,对导管架平台与火炬臂这一主从动力系统中的主结构和子结构分别进行瞬态动力分析,从而实现对火炬臂冰激振动响应的准确评估。计算结果表明:火炬臂的动力响应与平台整体结构的动力响应之间有着明显的"继承"关系,并具有显著的动力放大特征,可为渤海浅水重冰区平台设计提供参考和借鉴。     

抗冰海洋平台的全寿命优化设计II-算法与应用

针对抗冰海洋平台全寿命优化设计模型中的不同类型可靠度分析问题,提出了相应的计算方法,包括冰区导管架平台整体抗力和极值冰力响应的概率统计特性及整体可靠度的高效近似算法,基于首次超越破坏机制的海洋平台冰振动力可靠性分析,基于等效应力幅值近似计算的疲劳寿命分析等.最后.以渤海某抗冰平台为例,实现了全寿命总费用最小的抗冰海洋平台优化设计.结果表明,基于风险的全寿命优化模型比基于规范的静力设计和仅考虑动力的最优设计相比更加合理.     

导管架平台管节点的疲劳分析与寿命估计

本文简单介绍了用于导管架平台管节点疲劳分析的两种方法确定性分析方法和谱分析方法,二者均是基于线性累积损伤理论来估算管节点的疲劳寿命.作为算例,本文采用确定性分析方法对BZ28-1单点导管架进行了详细疲劳分析,其中波浪力和高频系泊力合在一个工况中,而低频系泊力则作为独立的疲劳载荷工况,分别计算二者的损伤并按照线性累积损伤理论进行叠加,最终算得其疲劳寿命.计算中疲劳S-N曲线采用API-X'曲线,波浪理论则采用艾利微幅波理论.选用适当的疲劳寿命安全系数,对关键节点的寿命进行了评估,并对其继续使用提出了建议.     

抗冰海洋平台的全寿命优化设计Ⅱ—算法与应用

针对抗冰海洋平台全寿命优化设计模型中的不同类型可靠度分析问题,提出了相应的计算方法,包括冰区导管架平台整体抗力和极值冰力响应的概率统计特性及整体可靠度的高效近似算法,基于首次超越破坏机制的海洋平台冰振动力可靠性分析,基于等效应力幅值近似计算的疲劳寿命分析等。最后,以渤海某抗冰平台为例,实现了全寿命总费用最小的抗冰海洋平台优化设计。结果表明,基于风险的全寿命优化模型比基于规范的静力设计和仅考虑动力的最优设计相比更加合理。     

基于腐蚀疲劳裂纹扩展的自升式海洋平台桩腿时变可靠性研究

本文研究了腐蚀与疲劳载荷耦合作用下自升式平台桩腿服的可靠性问题。采用ANSYS对自升式海洋平台桩腿结构进行建模,根据平台服役海域的波浪散布图对桩腿结构的工况进行划分,确定浪溅区桩腿结构的疲劳关键节点及其等效应力;以桩腿材料E690高强钢为对象,进行腐蚀疲劳裂纹扩展实验,获得了不同环境下的疲劳裂纹扩展参数;提出了基于断裂力学的浪溅区桩腿关键节点的时变可靠性模型,与采用现有腐蚀模型的桩腿时变可靠性指标进行了对比,结果表明了本文所提方法能有效地反映平台桩腿服役期间关键节点的时变可靠性变化趋势,为平台在服役期间的安全运行与维护保养提供了理论指导。     

深水自升式钻井平台动静响应分析及疲劳寿命预测

以某桁架式深水自升式钻井平台为研究对象,基于Ansys软件研究平台在波、浪、流耦合作用下的静动力响应及疲劳寿命。考虑风暴自存与正常工作2种典型工况,结合载荷最不利组合对平台船体和桩腿进行强度校核。重点研究平台在随机波浪力作用下的瞬态动力响应和随机振动响应,得到平台受力与变形等响应结果,并基于随机振动响应结果对平台进行随机疲劳寿命预测。结果表明,平台具有良好的抗风浪能力,结构强度与疲劳寿命均满足规范要求,结构最大应力发生在船体与桩腿连接处,为231 MPa;工作寿命超过50年。本文研究方法及分析过程可为不同类型自升式钻井平台的强度校核与寿命预测提供技术参考。     

桁架式服务平台桩腿疲劳寿命分析

以桁架式生活服务平台的桩腿为研究对象,基于谱疲劳分析方法,论述了桁架式桩腿疲劳计算的原理和流程.首先,使用SACS软件得到了桩腿的波浪响应函数;然后,利用SACS软件进行动力分析,得到桩腿的应力响应函数;最后,读取桩腿的应力响应函数,并输入波浪散布图、波浪谱、S-N曲线、应力集中系数等疲劳参数进行疲劳分析,得到了该平台...     

导管架海洋平台整体结构海冰载荷环境下响应分析

以当前广泛应用的海洋导管架平台为研究对象,针对导管架海洋平台冰区服役环境中,海冰载荷作用下结构响应问题,采用理论公式对导管架所受的环境载荷进行计算分析,并通过ABAQUS有限元分析软件对导管架平台进行整体建模,分析其在环境载荷作用下的整体位移响应,并对不同海流速度下桩腿的位移响应进行分析,探索不同桩基入泥深度变形的敏感性因素。结果表明,正常环境载荷下,平台下甲板部位产生0.75 m作用的位移;桩腿位移变化对海流速度较为敏感,某些极端情况下,桩腿上部位移可达5 m左右;变形敏感性因素分析表明,桩身的变形和受力特征存在差异,随着桩基入泥深度的减少,桩身变形会较明显的影响泥面位移和总位移,并导致其桩基中下部及桩底岩土体的塑性区分布范围增加,桩基入泥深度超过一定范围时桩基变形趋近稳定,且计算荷载施加后不会明显影响桩基中下部的应力和塑性区分布特征。     

导管架平台的结构可靠性分析

由于平台长期处于恶劣自然环境中,其可靠性分析成为当前海洋结构基本性能研究的主要方向。针对空间导管架海洋平台,采用有限元分析方法对结构在随机载荷作用下的可靠性进行分析。考虑5种不同的设计波浪工况,基于Morison公式和线性波理论,分析结构的环境载荷,利用ANSYS软件分析空间导管架平台的响应。选取其中的危险工况,基于导管架平台结构位移和应力的失效模式,选取结构尺寸、材料参数及波浪载荷为随机变量,采用APDL语言结合Monte Carlo模拟对海洋平台的结构可靠性进行分析。结果表明,该方法可用于求解固定式平台结构在风浪流载荷作用下的可靠性分析,得到结构失效的主要因素,并改进桩底和甲板与导管架连接处的设计。可为防止结构破坏提供依据,为进行复杂结构的可靠性分析提供参考。     

自升平台桁架式桩腿疲劳分析

以某型自升平台的桁架式桩腿为研究对象,建立了桩腿疲劳分析简化模型,采用谱疲劳分析方法并结合Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤理论和API推荐的S-N曲线,实现对自升平台桁架式桩腿疲劳寿命预测,为此类结构设计人员提供参考。     

基于船基海冰参数现场测量的极区船舶结构冰激疲劳损伤分析

论文建立了一种极区船舶结构冰激疲劳评估方法。基于极地科学考察船在北极现场的测量数据，分析得到海冰的统计特性；由冰厚和航速的联合概率分布，得到极区环境航行的典型工况。采用离散元方法建立船-冰作用模型，获取不同工况下船首局部区域的冰载荷分布。将局部冰载荷施加在船首有限元模型的对应区域，采用插值方法计算热点区域应力幅值和循环次数。根据累积疲劳损伤理论，将各工况的疲劳损伤叠加，得到总损伤。为验证该方法的准确性，将船舶结构冰激疲劳寿命计算结果与英国劳氏船级社规范进行了对比分析。结果表明，该方法可很好地应用于极区船舶结构冰激疲劳设计。     

自升平台驳壳体式桩腿疲劳分析及影响因素

以某自航自升式平台驳的壳体式桩腿为研究对象,建立了桩腿疲劳分析模型。考虑风浪流载荷联合作用,采用SESAM疲劳分析模块结合Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤理论和DNV、API推荐的S-N曲线进行桩腿疲劳寿命的对比分析。并对桩腿疲劳强度的影响因素做了探讨和研究,为壳体式桩腿的优化设计提供参考。     

导管架式一体化风机在冰载荷作用下的耦合响应研究

海上风电是世界上发展最快的可再生能源之一.寒区蕴藏着丰富的风能资源,设计和建造用于结冰海域的风电结构的关键要求是其应具备一定的抗冰性能.本文研究了全耦合导管架式海上风力发电机在冰载荷作用下的结构动态响应;在数值仿真软件FAST中建立了一体化风机数值模型,该模型包含其空气动力属性、水动力属性、机械属性和结构弹性属性;研究了导管架风机基础的直立桩腿和加装了抗冰锥体后的桩腿的抗冰性能差异;并计算分析了不同冰厚和冰速对于风机动态响应的影响.结果表明:海冰厚度越大,导管架底座的结构响应和振荡幅度越大;海冰速度越大,其结构响应和振荡频率越快;导管架桩腿在安装抗冰锥体后的结构响应和振荡幅度明显降低.本文还计算分析得到了抗冰性能最佳的锥体角度.     

深水导管架上部模块浮托安装过程疲劳分析

深水导管架在海上浮托施工设计中存在高撞击力,撞击力幅值过大会使某些关键杆件产生超应力,导致局部节点产生低周疲劳,给导管架的使用寿命带来不利影响。对此,介绍深水导管架浮托法安装过程中的疲劳损伤计算方法,涉及边界条件的处理和拖船、上部模块及导管架之间载荷传递的模拟,结构响应计算,节点疲劳估算等。应用不同的S-N曲线,分别考虑高周和低周疲劳,计算某导管架上部模块在安装组对阶段其桩腿与上部模块对接位置的疲劳损伤。对计算结果显示的薄弱位置进行加强,从而为浮托安装作业提供技术指导和安全保障。     

基于Hilbert-Huang变换的抗冰导管架平台损伤识别研究

渤海海域的抗冰导管架平台每年冬季都会受到海冰作用从而产生严重的冰激振动问题.对冰振危害进行监测与分析是保障冰区现役抗冰平台安全作业和降低冰害损失的重要研究内容.本文针对导管架结构长期处于冰振情况下结构可能存在隐性损伤的问题,采用Hilbert-Huang变换的方法开展结构损伤识别的研究.首先利用通用有限元分析软件ANSYS对冰荷载作用下的导管架平台模型进行瞬态动力学分析,进而对动力响应信号进行Hilbert-Huang变换,得到信号的固有模态函数(IMF)和Hilbert能量边际谱,最后通过结构损伤前后Hilbert能量边际谱的变化构建损伤指标,分析对比不同损伤程度下该损伤指标的有效性,并探讨海冰的冰速、冰厚对该损伤指标的影响.研究工作可以为寒区导管架结构在冰振情况下的损伤识别研究提供借鉴和参考.     

冰区海上风机结构的冰激疲劳寿命分析

冰载荷是诱发冰区海上风机结构疲劳破坏的重要因素,通常采用加装抗冰锥体的方式将海冰的挤压破坏转化为弯曲破坏,从而减小峰值载荷并削弱冰激振动。针对锥体风机结构在冰载荷作用下的疲劳寿命开展分析。基于渤海辽东湾某海域的现场监测数据确定了有效冰期、冰厚、冰速等疲劳分析参数,在冰速0～100 cm/s、冰厚0～30 cm范围内均匀划分50种疲劳工况,并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率;采用具有粘结-破碎功能的球体离散单元构造海冰模型,计算风机与平整冰相互作用时的冰载荷时程及对应的热点应力;采用雨流计数法提取热点应力时程中的有效循环次数,根据S-N曲线和Miner线性累积损伤准则进一步计算其冰激疲劳寿命;最后将计算结果与通过锥体结构随机冰力函数构造冰载荷时程而得到的疲劳寿命相比较,验证了基于海冰离散单元模型的冰载荷时程构造方法的安全性与可靠性。