基于谱分析法的深水半潜式平台疲劳强度分析

以某新型深水半潜式钻井平台为分析对象,依据三维绕射理论计算单位波幅下波浪诱导载荷,通过建立三维有限元模型计算完成了热点应力响应。运用热点应力的谱分析法计算得到危险节点的疲劳寿命,并进一步分析了各个短期海况和不同浪向对节点总的疲劳损伤度的贡献。研究结果表明,危险节点的疲劳寿命都满足设计寿命要求;在各种中低海况下,疲劳损伤主要来自于平均跨零周期在6 s附近,有义波高转大的短期海况;平台关键连接部位的疲劳损伤主要是在横浪和斜浪状态下产生的,并且对某单一方向的波浪非常敏感。此研究对该类型平台的连接处结构设计和疲劳分析方法有参考意义。     

波浪载荷及气动力引起的半潜浮式风机疲劳损伤分析

研究浅水半潜式大功率浮式风力机波浪载荷和气动力引起的基础结构疲劳损伤,揭示基础结构的疲劳损伤机理。采用谱疲劳损伤计算分析方法,以10 MW风力机为例,计算波浪载荷引起的热点应力及多种海况引起的疲劳损伤。采用叶素动量理论并基于所在海域的风速分布,计算叶轮转动引起的气动力及其引起的疲劳损伤。计算结果表明,对于半潜式三立柱浮式风力机,波浪载荷引起的基础结构应力远大于气动力引起的基础结构应力,基础结构损伤主要是由波浪载荷引起,气动力引起的浮式基础结构的损伤为10^-3量级,而波浪载荷引起的损伤为10^-1量级。     

深水半潜式钻井平台简化疲劳分析

研究适用于中国南海的深水半潜式钻井平台结构简化疲劳分析方法。依据中国南海环境条件,计算平台结构应力响应,得到平台结构应力范围长期Weibull分布形状参数。通过结构波浪应力的长期预报,计算得到平台寿命期一遇波浪载荷,依据寿命期一遇波浪载荷计算平台结构寿命期一遇最大热点应力范围。采用简化疲劳分析方法计算平台结构疲劳寿命,用谱疲劳分析方法验证简化疲劳分析结果的准确性,证实了简化疲劳分析方法相对保守,可应用于平台的设计。     

深水钢悬链立管疲劳寿命评估分析

在时域内分析深水钢悬链立管在平台运动和波流载荷共同作用下的非线性动力响应;采用雨流计数法处理立管节点应力的时间历程,选用DoE.E型S-N曲线分析立管在单一海况和平台运动联合作用下的疲劳损伤;将各方向含概率分布的疲劳损伤进行叠加,得到立管整体的全方向疲劳损伤及疲劳寿命。平台的运动为六自由度的运动预报数据,波流载荷由某海域实际的波浪统计数据采用Morison公式计算所得。计算结果表明钢悬链立管疲劳寿命的极值点分别位于悬挂点附近和触地点附近,对立管疲劳寿命极值点各方向疲劳损伤分布情况进行了分析。所提方法为钢悬链立管疲劳分析提供了新思路,给出的结论对钢悬链立管设计分析有一定借鉴意义。     

自升式综合平台的外载计算

本文给出了自升式综合平台的外载估算方法。对大尺度物体的波浪载荷用三种方法进行了计算,在计算中考虑了非线性波的影响和局部修正。本文在给定的设计波参数和海况条件下,对南海北部湾和渤海地区的自升式综合平台(方案)进行了风、浪、流外载计算。计算结果用于平台结构强度、疲劳、稳定性分析和沉块的优化设计。     

浮式生产储油船船体疲劳计算

船体结构的疲劳问题一直是船舶设计者十分关注的问题，特别是高强度钢在船体结构中的广泛使用，使船体结构的疲劳破坏问题更加突出。本文以一大型浮式生产储油船（Floating Production and Storage and Offilading)为例，系统地介绍了一种基于S－N曲线和Miner线性疲劳累积损伤原理，计算船体在局部结构应力热点处的疲劳寿命。该方法考察了船舶运营期内的实际工况和海况条件，船体局部应力热点的焊接情况，几何形状，受载形式以及尺寸效应等因素。计算中借助了DNV船级社的SESAM程序系统的部分模块。     

宽带波浪载荷下海洋结构物内应力范围及疲劳损伤分析

研究短期海况中海洋结构物在宽带波浪载荷作用下交变应力过程中的应力范围的概率分布及结构疲劳损伤问题.首先从应力的功率谱密度出发,利用小波变换作为工具,对应力过程进行模拟.然后用雨流计数法识别出应力过程中对结构造成疲劳损伤的应力范围,并用Weibull分布对应力范围的分布进行了拟合;最后给出了应力范围服从Weibull分布时结构疲劳损伤的计算方法.     

循环载荷作用下损伤船体梁极限强度研究

为了研究循环载荷作用下扶强材初始损伤对其极限强度的影响,进行了14组扶强材的循环加载试验和分析。构造了考虑材料累积损伤完整、断筋和大变形的扶强材单元极限承载力计算公式,提出了相应循环载荷作用下损伤扶强材单元的端缩曲线表达式和船体梁极限强度计算的简化逐步破坏法。编制了循环载荷作用下船体梁损伤极限强度计算程序,进行了船体梁极限强度计算,并与有限元结果进行对比。研究结果表明：改进的损伤扶强材模型可较为准确地描述扶强材材料损伤的完整、断筋和大变形的极限承载力退化情况,扶强材腹板断裂的损伤相较初始大变形及材料累积损伤形式承载力下降程度更明显;所提出的循环载荷作用下损伤船体梁极限强度计算的简化逐步迭代方法,能定量地计算扶强材在不同类型损伤下的极限承载力退化程度,具有较高精度,方便易行,可应用于工程设计。     

Truss Spar平台桁架管节点疲劳分析

Truss Spar平台在风、浪、流的作用下,结构受力十分复杂,准确分析其疲劳强度相当困难。通过建立Truss Spar平台三维有限元模型,利用HydroD软件进行载荷预报、波浪搜索,得到产生最大应力幅响应的最不利浪向和相位角。运用Sestra软件进行整体有限元分析,得到的结果作为桁架管节点细化模型的边界条件,再用Nastran软件进行局部分析求得节点的热点应力,修正壁厚影响。最后根据DNV规范的S-N曲线计算了管节点的疲劳寿命。     

基于非线性能量阱的随机波浪载荷下导管架海洋平台的振动控制

海洋平台受到波浪等海洋环境的影响会产生明显而持续的振动,这些振动会造成平台结构疲劳损伤,影响平台上工作人员的舒适性与安全性.研究了随机波浪载荷作用下非线性能量阱(Nonlinear Energy Sink,NES)对固定式导管架海洋平台振动控制问题,并与调谐质量阻尼器(TMD)进行对比分析.通过建立NES—海洋平台系统...     

半潜平台疲劳热点应力长期分布参数研究

明确热点应力长期Weibull分布的参数是船舶与海洋工程结构应用疲劳简化分析方法的关键之一。以某深水半潜式平台为研究对象,通过整体结构有限元计算得到热点应力传递函数,结合波浪散布图计算热点应力长期分布概率函数,采用最小二乘法对热点应力长期Weibull分布进行参数估计。研究结果可为疲劳简化分析方法在半潜平台上的应用提供参考。     

随机载荷作用下平台结构疲劳寿命预测

海洋等工程结构物在服役过程中的受载历程是一个随机过程。研究裂纹在谱载荷作用下的扩展规律对可靠预报平台等结构物的疲劳寿命具有十分重要的意义。提出了一个由应力比和裂纹尖端约束及塑性区尺寸为主要参数计算裂纹张开比,来考查载荷相互作用下疲劳裂纹扩展寿命的计算模型。用该模型对几种谱载荷作用下疲劳实验结果进行了预测,将预测结果与不考虑裂纹闭合的线性损伤模型及疲劳计算程序FASTRAN的预测结果进行了比较,表明本模型能较好地预测谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展。     

三向载荷联合作用下的大型集装箱船结构可靠性研究

大型集装箱船（LCS）具有较大的甲板开口,抗扭刚度非常低。在恶劣海况下航行时,大型集装箱船可能会遭遇斜浪的作用,此时船体将受到三向载荷的联合作用,水平波浪弯矩和扭转波浪弯矩可能会接近甚至超过垂向波浪弯矩,船体可能因发生组合变形而破坏。因此有必要研究大型集装箱船在三向载荷联合作用下的结构可靠性。在研究三向载荷联合作用下各维度极限强度的相互关系的基础上,提出了大型集装箱船的极限承载能力的可靠性评估方法,并对目标船在各浪向角下的结构可靠性进行评估。结果表明：目标船在0°浪向角下的失效概率最高;考虑水平波浪弯矩影响后目标船的结构可靠性有所降低;扭转波浪弯矩对目标船船中剖面的结构可靠性影响较小。     

浮式风机极限载荷与疲劳载荷对比分析

根据IEC61400-3设定工况,采用NREL开发的5 MW风机基础模型,应用FAST,以Aero-Hydro-Servo-Elastic耦合仿真技术对风机进行研究。对时域仿真得到的短期载荷,应用分块极大值法联合Gumbel分布外推计算风机极限载荷;以雨流计数法、线性累积损伤理论和S-N曲线为理论基础应用MLife软件,计算风机疲劳载荷。对比分析不同工况下浮式风机、近海单桩风机和陆上风机的极限载荷与疲劳载荷,进而探讨影响浮式风机动态响应的因素。结果表明,对于陆上风机和近海单桩风机,风是其主要载荷来源;而波浪是浮式风机主要载荷来源。对风机进行设计要根据特定海域统计的海洋气候条件,避免风机及其支撑结构的固有频率与波浪频率近似而产生共振;风机制造装配在一定误差范围内,质量不平衡对风机载荷几乎没有影响。     

张力腿平台关键部位疲劳可靠性分析

为确保深海中张力腿(TLP)平台的安全可靠运行,研究了TLP平台关键部位的疲劳可靠性。首先建立了TLP平台的整体模型,结合中国南海海况,计算了波浪荷载。然后分析了用于平台疲劳可靠性研究的S-N曲线法和断裂力学方法,计算了不同工况下TLP平台的应力响应,确定了疲劳关键部位,建立了关键部位的中间局部模型和精细子模型。最后采用子模型技术,应用S-N曲线法和断裂力学方法对平台关键部位的疲劳可靠性指标进行了计算和分析。结果表明:平台立柱和浮箱连接部位上部角点的疲劳可靠性指标低于下部角点,但可以满足设计要求;应用断裂力学方法计算得到的疲劳可靠性指标与应用S-N曲线法计算得到的疲劳可靠性指标接近,且疲劳可靠性指标的最小值出现在相同的部位,表明分析结果合理,可以为TLP平台的安全评估提供参考。     

FPSO结构低周疲劳寿命计算方法研究

FPSO在海洋环境中频繁地进行装载与卸载操作,使FPSO船体结构产生较大的应力幅值,尤其是承受货油压力的内底纵骨。由于局部的应力集中,应力幅值超过材料的屈服强度,其装卸载次数小于104时,结构将产生低周疲劳。研究一种新的计算方法,根据Neuber假设进行塑性修正,通过应变范围得到伪热点应力范围,并确定热点应力与伪热点应力之间的关系。推导出一种新的S-N曲线作为低周疲劳的设计曲线,以伪热点应力作为计算量来预测低周疲劳寿命,降低了船体结构低周疲劳寿命计算的难度。     

多连通域浮式平台波浪载荷水池模型试验研究

大型多连通域浮式平台的典型代表是大型海上旅游浮式综合体,依据概念设计,开展大型多连通域浮式平台的波浪载荷水池模型试验研究,试验对不同海况下4种典型多连通域浮式平台方案进行波浪载荷测量,包括剖面的垂向弯矩、水平弯矩和扭矩等,通过观察试验现象和分析测量数据,获得了不同方案大型多连通域浮式平台的波浪载荷特性。试验结果表明：由于平台质量大、振动阻尼大,所以高频载荷成分小;平台在自由状态下载荷值基本都小于平台只释放垂荡状态载荷值;在方案四高波高状态下,平台波浪载荷的高频成分包含了波浪的非线性、约束柱与平台之间的耦合、平台自身的高频振动等。研究成果可为大型海上旅游浮式综合体的结构设计提供设计载荷输入,支撑平台的强度校核评估。     

随机变幅载荷下焊接接头的海水腐蚀疲劳研究

海上平台经受的波浪力作用是随机变幅循环载荷,本工作采用板状焊接接头模拟管节点热点焊趾处的受力状态,并模拟实际海洋环境与加载条件,海水温度为20℃循环流动,阴极保护电位为-850mV.(SCF),加载频率为0.2Hz,应力比为-1,进行随机变幅载荷下的海水腐蚀疲劳试验,试验结果与常幅载荷下的腐蚀疲劳寿命作了比较。本文利用线性累积损伤Miner法则,以随机变幅加载下的腐蚀疲劳寿命进行了估算,结果表明,估算的寿命与试验数据很接近,效果令人满意。     

基于谱分析LNG船典型热点疲劳可靠性分析

研究LNG船在疲劳载荷作用下应力热点的疲劳可靠性。通过整船有限元分析得到不同浪向角规则波中各热点的应力频响函数,用谱分析法确定各热应力点在各短期海况下的应力范围模型,进而通过长期预报,用Weibull分布对各热点应力范围分布模型进行拟合并探讨热点型式和受载特性对参数变化的影响。基于线性累积损伤理论,利用S-N曲线计算各热点的疲劳累积损伤值并建立极限状态方程,评估LNG船舯部典型热点的疲劳可靠性和结构的疲劳安全性。针对不同热点讨论了应力范围长期分布函数—Weibull分布参数的取值对典型热点可靠性指标的影响,并给出典型热点目标可靠性指标和长期应力范围极值之间的关系以用于指导设计和安全性评价。     

考虑拖航疲劳的火炬臂全寿命评估

针对导管架平台上部组块与火炬臂进行整体拖航的情况,提出考虑拖航累积损伤的火炬臂全寿命疲劳分析流程。采用MOSES和SACS软件建立上部组块带火炬臂整体拖航水动力模型和导管架平台整体有限元模型,计算拖航驳船运动惯性载荷、在位波载荷和在位风载荷引起的火炬臂管节点疲劳损伤,对火炬臂进行全寿命疲劳分析。引入拖航疲劳损伤率系数,量化拖航驳船运动对火炬臂各管节点疲劳损伤的影响。结果表明:拖航工况驳船运动惯性载荷造成的火炬臂疲劳损伤不容忽略,特别是对靠近火炬臂根部的管节点影响显著。因此,在对整体拖航下的火炬臂进行疲劳设计时,应对其进行全寿命疲劳分析。