半潜平台结构疲劳寿命评估方法比较

为了研究各种疲劳评估方法对海洋结构物疲劳寿命评估结果的影响,利用S-N曲线方法和断裂力学方法分别计算了半潜式海洋平台的疲劳寿命,分析比较了二者计算结果的差别.同时比较了疲劳载荷预报中谱分析方法和设计波法的计算结果,分析研究半潜式海洋平台结构关键节点疲劳应力计算中设计波和载荷参数的确定方法,为半潜式海洋平台的疲劳寿命评估提供依据.经过比较分析,认为S-N曲线方法和断裂力学方法应用于评估海洋结构物疲劳寿命均是可行的,使用设计波法来计算半潜式海洋平台横撑与立柱交点处结构疲劳寿命时应该以60°浪向的横向扭矩为特征设计波浪载荷来决定设计波参数比较合理.     

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。     

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.     

基于SACS的在役平台谱疲劳分析

以南海西江油田某平台延寿评估为基础,对某在役平台进行谱疲劳分析。介绍基于SACS程序的海洋平台谱疲劳分析原理,总结使用谱分析法对现役平台进行疲劳寿命评估的基本方法与关键技术。对在役平台疲劳评估过程中一些值得注意的关键问题进行深入探索,并提出一些对在役平台进行"寿命挖潜"的实践办法。     

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。     

服役中后期海洋平台的安全寿命评估与维修决策

平台在服役过程中受到海浪等载荷的交变作用而引起结构的疲劳损伤,因而海洋平台结构的完整性、安全可靠性评估对于后期及超龄服役的海洋平台来说是十分重要的.科学合理地制定海洋平台的操作及检维修策略是平台安全经济运行的保证.相关研究和观测表明海洋平台结构的疲劳热点部位是在构件相互连接的连接焊缝焊趾处.其疲劳进程是焊趾处萌生裂纹或已存在裂纹类缺陷在疲劳载荷作用下形成长裂纹及其之后的扩展直至临界裂纹尺寸而失效.这一失效模式的结构可以采用基于断裂力学的安全评估和寿命预测方法进行评估,而且该失效过程的各个阶段都可以采用无损检测的方法对裂纹进行检测,检测结果可作为前次评定的验证又作为当前评估及寿命预测的输入,为后期或超期服役平台的安全性评估并由此制定该平台的操作及检维修策略提供方法和手段.     

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。     

基于ANSYS的自升式海洋平台桩腿风暴自存工况动态响应研究

桩腿是支撑海洋钻井平台的关键构件之一,它的设计优劣直接关系到整个钻井平台的使用寿命。本课题主要对桁架式桩腿进行强度分析,在已经具有JU200自升式钻井平台的相关技术参数下,查阅相关资料,并基于Airy波和Stokes波理论确定了在风暴自存下的自升式海洋平台桩腿的风浪载荷的耦合载荷。根据桩腿的工况进行环境载荷的计算,确定和简化有限元模型的不同的边界条件,使用了ANSYS有限元分析软件及其参数化设计语言APDL对桩腿进行仿真。探讨研究自升式海洋平台桩腿工作环境载荷模拟的有效性与适用性以及自升式海洋平台桩腿结构响应模型的有效性,这对于安全评估、设计桁架式桩腿提供了一个有效的方法和工具。     

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。     

海洋平台结构系统疲劳可靠性分析的一阶二次矩方法

本文提出了海洋平台结构系统疲劳可靠性分析的一阶二次矩方法，海洋平台结构系统中疲劳破坏的失效途径用一由若于失效单元组成的并闻系统来模拟，失效单元代表了平台结构中易发生疲劳破坏的管节点，文中寻出了失效单元依次破坏时的疲劳寿命与它们在其他单元均未破坏下的疲劳寿命之间的一船关系式，并用一阶二次矩方法计算上述并联系统的失效概率。     

轴力作用下X型焊接管节点热点应力的分布规律

海洋平台中的焊接管节点的疲劳寿命是由热点应力的大小和分布决定。热点应力的大小决定了管节点在疲劳失效前所能承受的循环荷载的次数,而热点应力的位置则决定了疲劳裂纹的萌生位置和扩展方式。文中采用有限元方法分析了承受轴向拉力作用的X型焊接管节点在焊缝周围的热点应力的分布情况,通过对112个X节点进行的模型分析,研究了节点几何参数对热点应力大小和分布规律的影响。     

海上养殖平台系泊系统耦合动力响应与疲劳计算

以某管架式海上养殖平台为例,计算平台-系泊系统耦合时域动力响应与系泊系统疲劳寿命,分析锚链拉力统计特性、平台运动规律、疲劳损伤成分比例等因素的影响。研究发现系泊系统动力响应具有明显的非线性特征,定常漂移力对本平台系泊系统极限载荷有重要影响,而波频振荡是产生疲劳损伤的主要因素。计算结果表明,系泊缆能够有效限制平台运动,且疲劳寿命满足设计要求,可为类似平台的设计和安全性评估提供参考。     

导管架平台拆除作业

根据海洋平台服役年限规定和相关法律法规要求,介绍国内外海洋平台拆除现状,分析海洋平台拆除的市场前景。以海洋平台中典型的四腿式简易导管架平台为研究对象,阐述拆除作业的流程和注意事项,对比导管架平台的常用切割技术,为相关企业海洋平台的拆除作业提供借鉴。     

广义疲劳裂纹扩展模型在单一过载疲劳问题中的应用

对于复杂载荷作用下的船舶及海洋工程结构物,至今仍没有一个统一的疲劳寿命预报模型能够很好地解释载荷次序效应的影响.单峰过载下的疲劳裂纹扩展问题是研究变幅载荷疲劳问题的基础,伴随单峰过载将出现疲劳裂纹扩展迟滞现象.课题组所提出的广义疲劳裂纹扩展模型能够定量地预报出过载迟滞这一现象,通过确定过载参数β的大小,能够有效地衡量出过载迟滞的程度.在此基础上,文章将广义的疲劳裂纹扩展模型进行了进一步的修正,通过引入一个幂指数项,使得模型能够更好地反映出过载后疲劳裂纹扩展速率由迟滞的最低点逐渐恢复到过载前的水平.文中将课题组所发展的广义疲劳裂纹扩展率模型应用于实际的单峰过载疲劳问题中,并引用铝合金D16Cz的单峰过载试验数据与模型预报结果进行了比较,结果发现,经修正的广义疲劳裂纹扩展模型能够更好地反映出单峰过载后的疲劳裂纹扩展情况.     

腐蚀和裂纹损伤下海洋平台极限强度试验研究

根据墨西哥湾某一典型固定式海洋平台为原型,按照刚度相似性和几何相似性,分别设计并制作了完好模型、腐蚀模型、裂纹模型,并对三个试验模型开展极限强度试验研究,试验结果表明腐蚀、裂纹损伤严重影响试验模型极限承载力,且试验模型失效模式各不相同.同时,采用非线性有限元方法,分别对三个试验模型进行计算,将计算结果与试验结果对比分析,验证了该方法在固定式海洋平台极限强度计算方面的有效性.     

Low-cycle fatigue assessment of offshore mooring chains under service loading

The integrity of mooring chains is essential to the safety of a range of offshore platforms. However, mooring line failures are occurring earlier than their design lives, with a high number of these failures occurring due to fatigue. Early in the fatigue life of the component fatigue initiation processes occur, where the fatigue hotspot is sensitive to the mean load and there is plastic strain accumulation from the multiaxial stress-strain responses of the material, leading to cyclic plastic damage accumulation. The traditional SN approach suggested by mooring standards does not consider these effects, and it is proposed that this lack of consideration under low-cycle fatigue conditions is the reason for the current non-conservative fatigue assessments of mooring chains. This paper aims to develop a fatigue approach based on a critical plane multiaxial fatigue criterion for mooring chains that can consider the damage-induced by the cyclic plasticity and the mean load effect, to investigate the importance of incorporating low-cycle fatigue into the mooring chain life prediction. To develop the critical plane approach, the multiaxial stress-strain states are extracted for the critical plane at the fatigue hotspot from a finite element model of a mooring chain. This is then correlated with a fatigue life prediction provided by conventional fatigue design data. It uses a simulation of an FPSO as a case study to demonstrate the importance of low cycle fatigue, which shows that the mean load effect is significant in reducing the fatigue life for mooring chain applications, while the effect of fatigue damage-induced cyclic plasticity is limited. The fatigue damage accumulation predicted by the critical plane approach is significantly higher than that of the traditional SN approach and should be accounted for in mooring line design.     

基于人因工程的海上核能平台舱室视觉环境设计

因海上核能平台长期处于海上作业,平台工作人员长期远离社会,生活单调枯燥,生产任务重。为提高工作人员的工作效率和生活品质,使得工作人员从心理上达到一种舒适感,根据视觉心理和功效学原理,利用视觉心理学原理有效改善空间环境,结合海上核能平台的特点,从照度和色彩2个方面入手对核动力平台进行视觉设计,提出各类舱室的设计原则及设计建议,可作为海上核能平台后续的视觉设计参考依据。     

A unified fatigue life prediction method for marine structures

Marine structures such as ships and offshore platforms are mostly designed with damage tolerance and this design philosophy requires accurate prediction of fatigue crack propagation process. Now more and more people have realized that only a fatigue life prediction method based on fatigue crack propagation (FCP) theory has the potential to satisfy the accuracy requirement and to explain various fatigue phenomena observed. In the past several years, the authors’ group has made some efforts in developing a unified fatigue life prediction (UFLP) method for marine structures. The key issue for this development is to establish a “correct” crack growth rate relation. In this paper the improvement of the crack growth rate model is dealt with first. A new crack growth rate model based on the concept of partial crack closure is presented. The capability of the model is demonstrated. Secondly, studies on the engineering approaches to determine the parameters in the new crack growth rate model are carried out and validated by comparing with the experimental results on a wide range of alloys. Thirdly, the preliminary studies on some significant problems such as load sequence effect are presented. Finally, further studies for the application of the UFLP method to the fatigue strength assessment of marine structures are pointed out.     

海上风机支撑结构的时域和频域疲劳对比研究

对海上风机支撑结构进行动力响应分析,求出结构危险节点的载荷谱和功率谱密度函数,结合疲劳损伤模型和Dirlik概率模型,分别在时域和频域内对支撑结构进行疲劳寿命分析.由于时域法计算疲劳寿命需进行应力循环计数,这一过程需处理的数据庞大,耗时长.频域法省去应力循环计数,代之以概率密度函数,可相对准确、快速地计算结构的疲劳寿命.分析结果表明,采用Dirlik概率模型的频域分析法能较准确地反映海上风机支撑结构在随机载荷作用下的疲劳损伤情况,计算结果误差在可接受范围内.     

在役固定平台的结构评估

定期对在役固定平台进行状态评估，对于平台的安全运行至关重要。描述了对在役平台进行状态评定的基本步骤以及须要考虑的环境条件，并从结构评估的角度，重点阐述了平台结构模拟的一般要求及细节考虑，对平台的静力、地震响应、疲劳以及基础强度的评价等，给出了分析评价的基本考虑和要求。