深水半潜式钻井平台断裂力学疲劳寿命分析

采用断裂力学分析方法和谱疲劳分析方法对比深水半潜式钻井平台典型节点在南海典型海洋环境条件下的疲劳寿命,断裂力学分析中将平台结构裂纹作为张开型裂纹来处理,对比初始裂纹深度对计算结果的影响,并与结构谱疲劳寿命分析结果进行对比,结果表明,断裂力学方法用于南海环境条件下深水半潜式钻井平台疲劳分析较为准确,认为在缺乏结构初始裂纹数据情况下,半潜式平台结构采用断裂力学分析方法所采用的初始裂纹深度可用于平台结构的初始寿命评估及结构发现裂纹后剩余寿命的验证分析。     

海洋结构物疲劳裂纹扩展寿命的一种工程预报方法

海洋结构物疲劳寿命的准确预报对海洋结构安全具有重要意义。基于裂纹扩展的寿命预报相比于常规的基于累积损伤理论的寿命预报方法,能够考虑载荷次序、初始缺陷等重要因素的影响,各大船级社极力推进裂纹扩展理论在海洋工程中的应用。文章从裂纹扩展法则、应力强度因子求解、疲劳载荷谱模拟上对裂纹扩展理论的工程应用进行研究,试图找出准确、合理且相对简单的方法。结合裂纹扩展的单一曲线模型、基于有限元子模型技术的应力强度因子求法以及基于谱分析的疲劳载荷谱产生方法,对某半潜式钻井平台典型焊接节点进行基于裂纹扩展疲劳寿命预报,并讨论了初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。结果表明,该半潜平台焊接结构符合设计寿命的要求,初始裂纹尺寸对疲劳寿命影响很大,可为海洋结构物基于裂纹扩展的疲劳寿命预报提供参考。     

气卸式水泥运输船储罐结构疲劳强度分析

以内河典型水泥运输船为例,应用有限元法计算水泥储罐所受应力,找出结构危险点,进而分别运用S-N曲线法、经典断裂力学方法、有限元法对储罐的疲劳寿命进行评估,分析结果对了解储罐疲劳寿命及改进该型船舶的设计提供有益参考.     

半潜式海洋平台疲劳影响因素分析

在海洋结构物疲劳评估时,频域谱分析法将交变应力峰值分布简单认为是窄带分布,不符合宽带海况特征,疲劳结果往往偏保守。全时域法虽然计算精度高,但整个过程过于耗时,很难应用在实际工程中。本文考虑到时域法和频域法在疲劳评估时各自的缺陷,给出一种时域-频域混合法,运用此方法对某半潜式海洋平台关键节点进行疲劳计算,并分析不同因素对疲劳损伤的影响。结果表明,不同浪向角和短期海况对半潜式海洋平台的疲劳损伤贡献度不同,贡献度大小与评估区域位置有关。所得结论为半潜式海洋平台的疲劳评估提供一定依据和参考。     

半潜平台疲劳波浪载荷的不确定性研究

为了评估疲劳载荷计算过程中波浪载荷的不确定性,首先给出了考虑不确定影响因素的S-N曲线方法下结构的疲劳寿命评估表达式,然后建立了平均跨零周期、海况发生概率和浪向等引起的波浪载荷不确定性的评估方法和公式。重点对西北太平洋和中国南海的海况进行了分析,定量统计回归出了西北太平洋的波浪周期修正公式,以及中国南海不同季节海况和浪向分布规律对某半潜平台波浪载荷和疲劳寿命的影响因子。     

国内外规范中S-N曲线对比分析

各国船级社规范中通常采用S-N曲线法对船舶和海洋结构物的疲劳寿命进行计算,不同S-N曲线计算得出的疲劳寿命也有所差异。通过对比国内外船级社和焊接协会的S-N曲线,系统分析了S-N曲线的表达形式、参数、存活率、板厚修正方法及平均应力修正方法等方面的内容,对比了相同焊接型式在S-N曲线选择和疲劳寿命计算上的差异,可以看出不同规范计算所得的疲劳寿命差异较大。通过对相关规范中S-N曲线的共性规律和差异性的对比分析,以期为船舶结构疲劳强度计算提供参考依据。     

半潜式平台关键结构选取及疲劳寿命计算

以南海某半潜式平台为研究对象,基于SESAM软件建立有限元模型,计算平台整体结构强度,筛选应力集中区域作为疲劳计算的关键区域。选取截面特征载荷,计算剖面载荷处的运动响应和长期预报幅值。在GeniE模块中,用SET分组的形式建立局部模型代替Submod模块使用的子模型计算,并对关键区域细化网格。在Stofat模块中计算节点处的疲劳损伤,根据S-N曲线计算疲劳寿命。结果表明,在平台关键区域1和区域2的节点疲劳损伤较大、寿命较短。因此,在半潜式平台服役期间,需要对关键结构部位进行定期检修和维护,以保证平台可正常运营。     

半潜式平台结构屈曲强度评估

半潜式平台是海洋工程领域重要的浮式装置,采用直接计算法对某半潜式平台结构的屈曲强度进行了评估.首先,对半潜式平台结构进行有限元模型化,然后根据海况不同将静水、正常工作和风暴自存三种状态划分为48种计算工况,利用频域内的三维线性水动力理论和设计波法计算半潜式平台在各工况下的波浪载荷,同时考虑各工况下的莫里森力、风载荷、锚链预张力、吊车载荷和钻井载荷等载荷,进而计算平台在48种工况下的应力响应.最后根据ABS规范对平台结构进行屈曲强度校核.结果表明,屈曲强度是平台结构强度的重要指标之一,应在设计时给予合理评价,评估结果可为半潜式平台设计开发提供参考.     

半潜平台波浪载荷不确定性及结构疲劳可靠性研究

在海洋平台结构疲劳强度分析的不确定因素中波浪载荷的不确定性对其影响较大,为了评估疲劳载荷计算过程中波浪载荷的不确定性文章建立了海浪谱型、波高、波浪载荷传递函数、平均跨零周期、海况发生概率和浪向等引起的波浪载荷不确定性的评估方法和公式.同时为了评估波浪载荷传递函数的不确定性进行了波浪载荷模型试验.重点对西北太平洋和中国南海的海况进行了分析计算,定量统计回归出西北太平洋的有义波高和平均跨零周期修正公式,以及中国南海不同季节海况和浪向分布规律对半潜平台波浪载荷和疲劳寿命的影响因子.最后根据波浪载荷不确定性以及结构疲劳分析中的其他不确定因素计算分析了半潜平台典型结构的疲劳可靠度.     

深水半潜平台波浪载荷模型试验研究

波浪载荷作为海洋平台在生命期内最重要的载荷形式,正确评估海洋平台的波浪载荷对结构的安全性具有重要意义.本文对一座深水半潜平台的波浪载荷进行模型试验和数值计算验证研究,模型缩尺比为1:40.采用三维势流理论对半潜平台的波浪载荷进行数值仿真验证计算.验证结果表明本次模型试验方法较好地模拟了半潜式平台所承受的波浪载荷,其研究成果,可为半潜平台的设计提供支持.     

实用船舶结构疲劳评估方法概要

船舶结构的疲劳评估是船舶力学的主要研究领域之一。本文对常用的船舶结构疲劳评估方法——船级社提出的简化方法、谱分析法、设计波法、断裂力学方法,以及概率S-N曲线和概率断裂力学方法进行了概述。首先分别对每种方法中的关键技术细节进行了较为详细的论述,给出了这些技术细节当前的处理方法及存在的主要问题。最后,对各方法进行了总结和概括,指出了每种方法的优缺点,并给出了每种方法未来的研究重点和发展方向。     

随机海况下的船体结构疲劳裂纹扩展

传统的疲劳问题一般都是采用S—N曲线及Miner累计损伤理论进行的,文章在基于断裂力学的基础上,通过权函数法来计算应力沿裂纹面的非线性效应力强度因子,鉴于船舶在海洋环境中受到载荷的随机性,充分考虑加载次序、过载峰和应力比等对裂纹扩展的影响,给出了船舶结构疲劳裂纹在随机载荷下的扩展寿命的计算过程。     

基于裂纹扩展理论的船体结构疲劳评估

疲劳破坏是船舶结构的主要破坏形式之一。为了保证船舶结构有足够的疲劳强度,各国船级社、船厂等均建立了船舶结构疲劳强度校核规范作为船舶疲劳评估的指导性文件,尽管这些规范均是建立在S-N曲线方法基础上的,但由于S-N曲线方法存在自身无法克服的缺陷(如忽略材料的初始缺陷等),对同一节点进行计算得到的疲劳寿命大相径庭。该文作者在基于裂纹扩展理论的基础之上,给出了一套详细的船体结构疲劳评估方法,并应用此方法对大型船舶结构典型节点的疲劳寿命进行评估,以期能为完善船舶结构疲劳寿命的评估提供参考。     

单点系泊系统将军柱疲劳分析

渤海某FPSO的单点系泊装置固定塔架由导管架、将军柱和上部组块构成,其中将军柱是系泊力的主要承受构件之一,其结构安全至关重要。由于系泊力是典型的交变载荷,作用在结构上会产生疲劳损伤,因此有必要对将军柱进行在位期间的疲劳分析。本文提出一种长期海况下海上固定装置疲劳计算方法,通过AQWA软件建立单点系泊系统的多体耦合水动力模型模型,根据渤海的海况环境资料计算出FPSO运动时域内所受到的的系泊力;基于S-N曲线方法与Miner线性累计损伤理论,通过nCode Designlife疲劳计算软件计算将军柱结构的疲劳寿命和管节点的疲劳损伤;评估结构的疲劳强度,分析易发生疲劳的关键节点位置,并给出增加管节点疲劳寿命的建议及设计方法,为相同类型的海上固定式结构物的结构设计及疲劳分析提供有益的参考及借鉴。     

基于谱分析法的大型集装箱船疲劳强度评估

本文采用谱分析法对船舶进行疲劳强度评估,论述了谱分析法的基本原理.以1艘大型集装箱船为例,利用MSC.Patran软件进行全船有限元建模,采用三维线性势流软件Compass-Walcs进行波浪载荷计算,通过PCL语言完成波浪载荷及舱室惯性力的自动加载,结合S-N曲线和Miner线性累积损伤理论对大型集装箱船的典型部位进行疲劳强度评估.     

半潜式平台关键结构全寿期极限强度预报方法研究

文章基于逐步破坏分析法和有限元计算方法,发展了一种计及材料腐蚀、疲劳裂纹等结构损伤的半潜式海洋平台关键结构全寿期极限强度计算方法。以一服役水深为3000 m半潜式平台为研究对象,选取横撑和立柱局部结构作为研究对象,以不同服役年限下裂纹扩展长度和腐蚀厚度作为变化参数,采用ANSYS软件建立其参数化有限元模型,计算了不同服役年限下半潜式海洋平台关键结构极限强度,在此基础上分析了全寿期内关键结构极限强度随服役年限的变化规律。     

上层建筑端部结构疲劳试验与分析研究

疲劳评估的关键问题是选取准确的S-N曲线,为合理预报特殊部位结构的疲劳寿命,需要对特殊结构的S-N曲线进行验证,有效的验证手段是采用模型试验的方法进行研究。通过全船有限元分析计算,分析主要部位的应力分布情况,选取模型试验目标结构。根据关心区域的实际结构形式,结合试验条件设计目标节点疲劳强度试验模型。根据试验结果,以双对数线性模型进行S-N曲线绘制,并与规范S-N曲线进行比较,选取接近的S-N曲线对目标节点进行疲劳寿命预报。     

船舶典型节点疲劳强度试验及S-N曲线拟合方法研究

疲劳评估的关键问题是S-N曲线的选取,对于某些结构复杂的大型船舶特有的结构形式,现有规范没有合适的S-N曲线.为了更合理准确地进行结构疲劳强度研究,本文选取某型具有复杂结构的船舶,用实尺度模型试验的方法研究几种典型节点的S-N曲线特性.通过全船有限元谱分析疲劳强度计算,筛选出疲劳问题重点关注区域,确定模型试验部位;根据疲劳问题严重区域的实船结构,设计加工典型节点实尺度疲劳试验模型;确定多个加载工况,进行典型节点疲劳强度试验,获取典型节点多种载荷工况下的疲劳寿命值,在此基础上,研究得到各节点S-N曲线及P-S-N曲线;应用试验所得P-S-N曲线,对船体典型节点部位进行疲劳强度评估,并与规范S-N曲线结果进行了对比,指出了它们的差异.