深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)隨機(jī)疲勞壽命可靠性研究

《深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)隨機(jī)疲勞壽命可靠性研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)隨機(jī)疲勞壽命可靠性研究　　摘要簡(jiǎn)述基于譜分析方法的深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)疲勞壽命可靠性理論,以200m水深導(dǎo)管架海洋平臺(tái)為研究對(duì)象,將隨機(jī)波浪載荷的長(zhǎng)期分布假設(shè)為由應(yīng)力范圍服從Rayleigh分布的短期海況組成。采用有限元方法,通過(guò)對(duì)深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)施加時(shí)間域規(guī)則波來(lái)確定傳遞函數(shù),并以此由波浪譜導(dǎo)出各計(jì)算點(diǎn)處的應(yīng)力譜。根據(jù)Miner線性疲勞累積損傷理論及結(jié)構(gòu)可靠性理論,對(duì)平臺(tái)進(jìn)行疲勞可靠性分析,并與等效Weibull分布方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。兩種方法的計(jì)算結(jié)果均表明,導(dǎo)管架過(guò)渡段到水面以下第二層之間桿件疲勞可靠性指標(biāo)相對(duì)較小,基于等效Weib

2、ull分布方法的計(jì)算過(guò)程較簡(jiǎn)潔,但計(jì)算結(jié)果較譜分析方法偏于保守,建議采用譜分析方法對(duì)平臺(tái)疲勞可靠性進(jìn)行詳細(xì)分析。關(guān)鍵詞深水導(dǎo)管架疲勞壽命譜分析Weibull分布可靠性指標(biāo)中圖分類(lèi)號(hào)：{O657.6}文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A引言4深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)作為海洋資源開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)性設(shè)施,由于工作水深較大,施工方便等優(yōu)點(diǎn),很快得到推廣和發(fā)展。但是通常深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式非常復(fù)雜、體積龐大、造價(jià)昂貴,特別是與陸地結(jié)構(gòu)相比,其所處的海洋環(huán)境更加復(fù)雜和惡劣,而且隨著水深的增加,平臺(tái)的動(dòng)力響應(yīng)更加明顯[1],因此,它所涉及到的疲勞及可靠性問(wèn)題也更顯突出。國(guó)內(nèi)外關(guān)于海洋平臺(tái)的疲勞及可靠

3、性分析的研究已取得較大進(jìn)展。Maddox[2-3]等對(duì)深水導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了時(shí)間歷程和譜疲勞分析,考慮結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性對(duì)疲勞壽命計(jì)算的影響,但僅將環(huán)境載荷看成是由許多平穩(wěn)、各態(tài)歷經(jīng)、狹帶的高斯隨機(jī)過(guò)程的短期海況組成。VughtsJH和KinraRK[4]采用譜分析方法和波浪分布散步圖,對(duì)固定式導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于概率統(tǒng)計(jì)的疲勞壽命評(píng)估,認(rèn)為應(yīng)用譜分析方法對(duì)導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的疲勞分析是可行的,比用確定性方法更符合實(shí)際情況。MadhavanPillaiTM和PrasadAM[5]基于固定導(dǎo)管架平臺(tái)檢測(cè)數(shù)據(jù),采用斷裂力學(xué)理論在時(shí)域內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞可靠性進(jìn)行研究。

4、國(guó)內(nèi)的胡毓仁、陳伯真[6]126-301對(duì)船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)疲勞可靠性分析理論進(jìn)行詳細(xì)論述。方華燦、陳國(guó)明[7][8]228-291[9]主要針對(duì)冰區(qū)海上結(jié)構(gòu)物的疲勞可靠性分析做了大量研究。由于我國(guó)海洋石油開(kāi)發(fā)目前主要集中在近海海域,因此國(guó)內(nèi)有關(guān)導(dǎo)管架海洋平臺(tái)的研究主要是針對(duì)近海海域。4隨著我國(guó)海洋石油戰(zhàn)略的實(shí)施,海洋石油開(kāi)發(fā)必然會(huì)從淺海向較深水域發(fā)展,因此開(kāi)展深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的疲勞損傷和壽命預(yù)測(cè),對(duì)深水域海洋石油的開(kāi)發(fā)具有重要意義。本文針對(duì)200m水深導(dǎo)管架海洋平臺(tái),采用譜分析方法模型對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的疲勞可靠性進(jìn)行分析,并與基于Weibull模型的計(jì)算結(jié)

5、果進(jìn)行比較。目前我國(guó)深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)技術(shù)研究剛剛起步,本文的工作可以為深水導(dǎo)管架海洋平臺(tái)的疲勞可靠性分析提供參考。1隨機(jī)疲勞壽命可靠性分析1.1波浪譜從長(zhǎng)期而言,波浪過(guò)程并不具備平穩(wěn)性,但對(duì)較短的一段時(shí)間,可以認(rèn)為波浪是一個(gè)平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程。波浪的長(zhǎng)期分布可以看作是由許多短期海況序列組成的,在每一短期海況中,波浪是一個(gè)均值為零的平穩(wěn)正態(tài)隨機(jī)過(guò)程。根據(jù)隨機(jī)過(guò)程理論,平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)特性可由其功率譜密度完全地確定。在過(guò)去幾十年里提出很多海浪頻譜,這些波浪譜主要是通過(guò)觀測(cè)資料的分析得到。1965年提出的Pierson-Moskowitz譜(P-M譜)在海洋工程中

6、得到廣泛應(yīng)用,適用于外海無(wú)限風(fēng)區(qū)的風(fēng)浪譜。本文采用單參數(shù)P-M譜,即ITTC(internationaltowingtankconference)譜進(jìn)行計(jì)算,該波浪譜被國(guó)際船模水池會(huì)議定為標(biāo)準(zhǔn)海浪譜[6]77-80,單位為m2#s。SGG(X)=0.78X5exp-3.11X4H2s(1)式中,Hs為有效波高,X為圓頻率。1.2譜分析4譜分析法利用傳遞函數(shù)通過(guò)海洋波浪譜來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)中波浪誘導(dǎo)的應(yīng)力譜。設(shè)SGG(X)和SRR(X)分別為平穩(wěn)正態(tài)隨機(jī)波浪過(guò)程G(t)與平穩(wěn)正態(tài)隨機(jī)交變應(yīng)力過(guò)程R(t)的功率譜密度函數(shù)[6]83-85,則SRR(X)=[H(X)]2S

7、GG(X)(2)式中,H(X)為傳遞函數(shù)。選定波浪譜之后,采用時(shí)間域作用規(guī)則波確定傳遞函數(shù)。令導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)受一給定波幅和圓頻率的規(guī)則波作用,根據(jù)Morison公式計(jì)算作用在導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)上的波浪誘導(dǎo)載荷;然后,采用有限元法對(duì)導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)力分析,得到平臺(tái)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移等響應(yīng),將得到的感興趣部位的響應(yīng)幅值與波幅相比得到該圓頻率下傳遞函數(shù)的值。取一系列不同的圓頻率按上述方法計(jì)算,即可得到傳遞函數(shù)H(X)關(guān)于X的分布規(guī)律。1.3疲勞應(yīng)力范圍的分布模型當(dāng)在某一海況中,交變應(yīng)力為一均值等于零的窄帶平穩(wěn)正態(tài)隨機(jī)過(guò)程,根據(jù)隨機(jī)過(guò)程理論可知,應(yīng)力峰值服從Ra

8、yleigh分布。當(dāng)交變應(yīng)力過(guò)程為窄帶時(shí),跨零率等于