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。     

第三届全国近海工程学术讨论会论文目录

序号论文名称作者姓名俐筋混凝土平台的非线性有限单元法分析’立管的应力特性及计算方法T型管节点单内环加强强度分析我国海洋平台管节点应力分析的研究工作管状接头的激光散斑应变测量T型管结点在支管荷重作用下管径比对交贯 线上应力分布的形响焊接俐接头在海水中的常幅疲劳试验焊接钢接头在空气中的常幅疲劳试验桩基导管架平台结构一桩一土共同作用的计 算方法及计算机程序关于管节点疲劳寿命估算的断裂力学分析方 法的研究海洋工程中却贝(ch合rpy)冲击试验温度 的确定海洋平台刚架结构的总体稳定性分析浅基础在偏心和倾斜荷载作用下的…     

海洋平台T型管节点相贯焊缝外形尺寸研究

本文采用光弹性试验方法,对不同管径比的T型管节点,沿相贯线不同部位的焊缝结构形式的模型,进行了应力分析。并在测定不同参数的管节点相贯焊缝处应力集中系数的基础上,合理地设计了九种不同参数的T型管节点相贯焊缝的外形尺寸。这对海洋平台管节点抗脆性破坏性能和改善平台管节点相贯焊缝的疲劳寿命有着重要的作用。     

波频和慢漂组合作用下钢悬链线立管疲劳损伤研究

为了有效地考虑浮体慢漂运动对钢悬链线立管疲劳损伤的影响,提出了波频和慢漂运动组合作用下钢悬链线立管疲劳损伤简化计算的位置组合叠加法。其核心是:基于浮体慢漂运动概率分布选取若干典型慢漂位置,进行波频运动作用下钢悬链线立管动力响应分析;根据钢悬链线立管运动位置变化特征,截取若干慢漂位置对应的波频应力时程叠加到慢漂应力时程上,得到波频和慢漂运动的组合应力时程;编写基于雨流计数法的MATLAB程序处理立管各节点应力,采用海水环境下Do E.E型S-N曲线和Palmgren-Miner累积损伤准则计算立管各节点疲劳损伤。应用位置组合叠加法对某海域500 m水深的立管进行了疲劳分析,并与全耦合法、权重组合叠加法以及波频和慢漂疲劳损伤简单相加法的结果进行了对比,结果表明该方法具有较高的精度和效率。此外,进行了区域设定系数、波浪高度、波浪周期和土壤表面剪切强度等参数对组合作用下立管疲劳损伤的敏感性分析。     

国外深水钢悬链线立管研究发展现状

介绍国外在新型深水立管系统--钢悬链线立管关键技术方面的研究发展现状,论述浮体一、二阶运动对钢悬链线立管疲劳寿命的影响、浮体升沉运动对钢悬链线立管触地点疲劳寿命的影响;钢悬链线立管与海底相互作用机制的实验研究及结果;钢悬链线立管涡致振动与疲劳的研究现状.并简要论述钢悬链线立管触地点问题的研究结论.     

焊接节点低温疲劳试验与低温主S-N曲线的构建

为了拓展主S-N曲线法,使之更好地适用于低温、极地环境下船舶与海洋工程结构物的疲劳评估,进行了EH36材料T型焊接接头的低温疲劳性能试验,收集了国内外多个焊接节点低温疲劳数据,建立了疲劳试验试件的有限元模型,运用等效结构应力法,计算焊接节点的等效结构应力,构建低温环境下焊接节点的主S-N曲线。使用该曲线,预测低温疲劳试验的寿命,并与疲劳试验结果、常温主S-N曲线、常温中值D曲线的预测结果进行了比较,结果表明,所提低温主S-N曲线预测方法具有较高精度,可用于低温环境下船舶与海洋结构物疲劳寿命的预测。     

非常规管节点疲劳寿命分析与计算

对非常规管节点的疲劳寿命进行了分析研究，用SESAM计算疲劳载荷，应用精细有限元分析计算热点应力，用规范的S—N曲线计算管节点的疲劳寿命。通过实例计算表明，这些处理对非常规管节点疲劳寿命分析与计算是很有效的。     

基于OrcaFlex的钢悬链立管疲劳损伤预报

涡激振动是钢悬链立管疲劳损伤的重要诱导因素之一,因此涡激振动分析在钢悬链立管设计中占据重要地位。OrcaFlex在海洋工程领域功能强大、应用广泛,能够提供两种涡激振动疲劳损伤预报方法,分别是基于模态叠加法的频域预报方法和基于Iwan-Blevins尾流振子模型的时域预报方法。OrcaFlex的涡激振动时域预报模型只考虑了横流向涡激振动造成的疲劳损伤,基于OrcaFlex的时域预报方法开发了双自由度涡激振动尾流振子模型的接口,考虑了浮式平台运动对钢悬链立管的涡激振动激励作用,实现了钢悬链立管双自由度涡激振动疲劳损伤预报。     

管节点疲劳寿命估算的统计分析方法

本文用概率断裂力学的方法研究了海洋平台管节点的疲劳强度。对7个T型管节点的疲劳寿命试验进行了计算。在处理原始数据方面,本文提出了对疲劳裂纹扩展数据进行统一处理的方法。此外,还对各参量对寿命的影响进行了分析,并对与计算有关的一些问题作了讨论。     

海洋柔性立管疲劳试验及其失效检测探究

API 17B规范指出海洋管道若想在海洋立管领域得到应用,要通过包括压溃、拉伸、打压及疲劳等各种试验的验证。其中疲劳试验是最关键,也是最复杂的试验。通过查阅API系列规范及相关文献,总结了海洋立管结构特点及实际运营中所受循环荷载效应,通过对海洋立管进行疲劳分析、疲劳试验、疲劳试验失效检测及验收标准等方面的分析探讨,最终形成一套验证海洋柔性立管性能及其可靠性的系统方法。     

深水半潜式平台结构关键节点疲劳破坏机理试验研究

深水半潜式平台结构在深海环境荷载及作业动荷载的作用下容易产生疲劳损伤累积,加速疲劳裂纹扩展,导致结构发生疲劳破坏。对深水半潜式平台横撑部位的两类关键节点进行了疲劳试验研究,分析了关键节点的疲劳破坏现象、疲劳破坏过程以及疲劳裂纹扩展规律。试验结果表明:应用规范给出的裂纹扩展模型和参数估算关键节点的疲劳寿命低于试验所得的疲劳寿命,说明应用规范给出的裂纹扩展模型和参数估算节点的疲劳寿命比较安全;根据疲劳试验结果建立的关键节点的S-N曲线参数与DNV规范给出的较为吻合;关键节点焊趾处的ε-N关系曲线可以反映出关键节点疲劳破坏的三个阶段破坏规律。研究结果为有效地预测平台结构关键节点的疲劳损伤程度,及时进行维修加固延长结构的使用寿命提供参考。     

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。     

自由站立式立管总体运动疲劳分析

由于良好的疲劳特性,自由站立式立管(FSHR)正广泛应用于深海油气田的开发当中。首先根据设计参数建立FSHR详细的有限元模型,然后利用谱分析方法对FSHR进行总体运动疲劳分析,以确定FSHR总体设计参数是否满足运动疲劳要求。最后对工作于相同环境下的钢悬链立管(SCR)进行总体运动疲劳分析,探讨哪种立管系统的疲劳性能更为优良。计算结果表明FSHR系统中刚性主管最大运动疲劳损伤出现在刚性主管顶部,FSHR总体设计参数满足规范要求;FSHR总体运动疲劳寿命要远大于SCR,体现了FSHR系统对浮体运动与刚性主管之间具有良好的解耦作用。     

基于可靠性的海洋立管疲劳安全系数研究

综合考虑了立管疲劳安全系数取值的相关因素——立管的安全等级、设计寿命、检验周期、载荷和损伤计算方法等的不确定性,提出了基于可靠度的疲劳安全系数确定方法,筛选了用于计算波致疲劳和VIV(涡激振动)疲劳的随机变量,给出了立管波致疲劳与VIV疲劳安全系数的计算流程,并以某SCR(钢悬链线立管)为例进行了安全系数计算。结果表明,该方法的计算结果优于传统的安全系数确定方法,尤其适合于特殊工程方案或新颖设计的立管疲劳校核。     

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。     

KK型管节点应力集中系数几何敏感性分析

KK型管节点是自升式平台桁架式桩腿中的一种管节点,其应力集中系数是影响桩腿疲劳寿命的重要参数。应力集中系数与管节点的几何形式密切相关,为分析KK型管节点应力集中系数对几何参数的敏感性,利用ANSYS软件对某KK型管节点进行几何参数化建模,利用有限元数值模拟方法对各工况下的热点应力进行分析,并分别计算各相应工况下的名义应力,然后将热点应力与名义应力相比得到不同几何参数下的热点应力集中系数。对计算结果进行整理分析,得到了KK型管节点应力集中系数对无量纲几何参数的敏感性规律。结果表明,应力集中系数与撑杆受力状态、管节点结构形式有关,在满足结构布置、建造工艺和其他安全性指标的前提下,分析结果能够为KK型管节点的结构设计和疲劳分析提供技术支撑。     

钢悬链线立管清管过程触底段位移变化规律试验研究

钢悬链线立管（steel catenary riser, 简称SCR）是一种优质的深水开发设备,近几年广泛用于深海环境下油气资源的开采。在浮式平台的周期性升沉运动和海浪海流的载荷作用下,立管的触底区会产生较为严重的疲劳破坏问题。为保证深海立管的高效与安全运行,清管作业是一项必要的维护手段。目前对于清管载荷作用下钢悬链线立管的位移变化规律研究比较匮乏。基于ABAQUS有限元软件和缩比试验准则,设计并开展有关清管载荷作用下钢悬链线立管的位移变化规律的缩比模型试验研究,从清管载荷的大小和作用位置等角度分别研究立管的X向与Y向的位移变化特征。研究结果表明,清管器在立管的触底段中运行并逐渐靠近触底点的过程中,清管器所在立管处的X向与Y向的位移会产生逐渐减小的趋势;当改变清管载荷的大小时,对于立管的同一位置来说,清管载荷的变化会导致立管的X向位移产生较Y向位移更加显著的变化;在清管器通过立管某一位置的前后过程中,X向位移变化呈现先增大后减小的趋势,而Y向位移仅在清管器通过该处时会有明显的减小。     

深水SCR触地区管-土相互作用试验研究进展

与海床的相互作用是钢悬链线立管特有的性质,是传统立管发展中不曾遇到的问题,也是控制立管疲劳寿命的主要因素,特别是触地区出现的峰值弯曲应力和管土接触模型的不确定,成为SCR触地区研究的难点。由于立管与海床的作用机理非常复杂,因此管土相互作用模型的提出大多是建立在模型试验的基础上。通过对国内外深水SCR触地区管土相互作用试验研究案例的分析,简要介绍了SCR触地点的动态响应取决于一系列参数,如海床土刚度、加载状况、立管的提升速度、土的重塑时间和土吸力等,并设计了一套三维管-土相互作用的试验装置,能够为深水钢悬链线立管触地区管-土相互作用的试验研究提供参考。     

平台运动下悬垂立管动力响应及疲劳损伤特性试验研究

悬垂立管因其经济性被广泛应用在深海油气开发中。悬垂立管在顶端平台运动作用下,会不断产生横流向以及顺流向动力响应,循环累积造成疲劳损伤。为了研究悬垂立管在平台运动作用下的疲劳损伤特性,开展了大尺度悬垂立管模型试验。采用小波分析、模态分析、雨流计数法等方法处理分析试验数据。分析平台运动下无内流作用下大尺度悬垂立管动力响应及疲劳损伤特性,发现横流向弯曲应变结果较为复杂,局部呈现行波特性,主导频率具有时变性。相比之下,顺流向弯曲应变结果比较有规律性,整体呈现行波特性,主导频率不具有时变性,并始终保持与顶端平台运动频率相同。平台运动引发的悬垂立管涡激振动疲劳损伤和KC数有关。各点面内疲劳损伤值延管长分布趋势和面内应变RMS延管长分布趋势相似。横流向(CF方向)的疲劳损伤的数量级为顺流向(IL方向)的10-2倍左右。     

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。