随机载荷下的疲劳损伤计算公式

本文推导了随机载荷下的疲劳损伤计算公式。数值计算结果表明：Ｐ．Ｈ．Ｗｉｒｓｃｈｉｎｇ给出的公式在宽带情况下与实际情况不符；Ｇ．Ｃｈａｕｄｈｕｒｙ给出的公式在窄带情况下与实际不符；本文绘出的公式不仅适合于窄带，也适合于具有各种不同带宽的宽带随机载荷。     

基于小波变换的海洋平台损伤检测研究

当结构物产生损伤时,结构的动力特性会发生变化,从而引起结构振动响应产生相应的变化。小波变换是奇异性信号的良好检测工具,可以用于识别结构损伤的发生。建立了某海洋平台有限元模型,得到了随机海浪作用下不同损伤工况的结构振动响应。基于小波变换损伤检测,针对不同类型杆件损伤、不同位置杆件损伤、不同程度的噪声污染以及不同方向振动响应信号情况下,分别研究了海洋平台结构的损伤检测问题,得到了一些有用的结论。     

基于海洋结构谱响应波浪载荷参数识别

波浪谱是研究随机波浪的主要方法,也是海洋工程设计的重要依据.介绍在线性波情况下圆柱形结构响应施加了白噪声之后频域内的载荷识别方法,根据谱分析的方法,考虑线性波前后桩腿相位差的影响,比较单个频点反演与采样频率内利用对频率取矩法反演结果的准确度,结果表明在已知波浪谱的情况下利用矩来进行反演识别有明显的优越性.     

开孔墙对减小波浪载荷效果的CFD分析

极限波浪载荷是导致海上结构物疲劳失效的主要载荷之一。固定在海洋基础结构物上的直立开孔墙对减小波浪载荷具有一定的效果。基于不可压缩黏性流体流动理论和N-S方程,采用VOF与Level-set相结合追踪自由表面的方法,首先建立数值波浪水槽,然后对开孔墙本身的开孔率和开孔墙与直立墙之间的相对距离,在降低反射系数和波浪力两个方面进行分析。研究结果表明,开孔墙可以明显降低作用在结构物上的波浪力,开孔墙本身的开孔率和与直立墙的相对距离会对其产生明显影响;不同波浪参数下会存在一个最佳的开孔率,但是不同波浪参数时最佳开孔率会略有不同;当开孔墙和直立墙的相对距离在0.2到0.3之间时,开孔墙的消波减载效果最佳。研究结果可为海洋工程相关设计提供一定的参考。     

B样条面元法在波浪载荷计算中若干问题研究

对基于B样条面元法波浪载荷计算、载荷加载及速度势的二阶偏导数计算中存在若干问题的解决办法进行了探讨.对于加载时压力点的参数值计算,给出一种基于最小二乘法的参数值反算方法;对于二阶偏导数计算,给出一种基于B样条面元法求解速度势二阶导数的隐式方法,并通过对一无限水域中椭球潜体定常速度势二阶导数的计算对该方法进行了验证.此外,对B样条面元法的计算效率进行了讨论,并对对称性在B样条面元法中的应用以及其对计算效率的提高进行了说明.所介绍的方法简单实用,对于发展和推广B样条面元法在波浪载荷计算中的应用具有一定的价值.     

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。     

基于小波变换的固定式海洋平台结构损伤识别方法研究

小波变换在分析非平稳信号方面较傅立叶变换更有效,为了检测出海洋平台结构中裂缝或因刚度降低引起的损伤,对海洋平台的响应信号进行离散小波变换,通过分析变换后的信号是否有突变现象判断结构是否出现损伤,并结合模态应变能法实现了对结构损伤的定位,探讨了传感器位置对识别效果的影响。     

地震与波浪联合作用下海洋平台动力特性分析

主要针对地震与波浪联合作用下空间导管架式海洋平台结构的动力响应特性进行研究。以春晓平台结构为例,利用ANSYS程序进行了动力响应的数值计算,分析中考虑了地震设防烈度、风浪条件及场地土类型等因素对结构响应的影响,并与地震单独作用下的结构响应进行了对比。分析结果表明,抗震设防烈度较低、中等及较大风浪条件下对海洋平台结构进行抗震分析时有必要考虑地震与波浪的联合作用。     

波浪作用下开孔沉箱疲劳与承载能力研究

开孔沉箱孔洞周围存在以三轴循环应力为特征的复杂承载区,其中混凝土损伤速度远大于单轴应力条件,局部疲劳损伤快速累积使结构整体承载能力迅速下降。考虑迎浪面入射波浪与消浪室内反射波浪的循环作用,针对开孔区域复杂应力状态下的疲劳损伤问题,基于不可逆损伤力学发展的数值计算方法模拟开孔板疲劳过程,得到循环荷载作用下不同类型开孔板的损伤演化历程,并计算损伤后整体结构极限承载力大小,通过综合对比孔洞损伤发展规律和结构极限承载能力,建立了疲劳作用下开孔沉箱极限承载能力判断依据。现有规范依据设计使用年限、波浪条件、作用效应组合等确定材料与结构强度,但并未充分体现开孔结构的优势与承载特点,在此基础上文中补充了开孔结构的优化设计以及实际寿命判断。     

基于小波分析的海洋平台实时结构健康监测

由于海洋平台结构长期处于恶劣的海洋环境中,并受到各种载荷的交互作用,结构容易产生各种形式的损伤。因此,对海洋平台进行实时监测有着十分重要的现实意义。以单筒简易导管架平台为例,主要在结构损伤的判定和定位两方面对海洋平台的实时结构健康监测进行研究,结果表明通过对结构响应信号进行小波分析,小波变换系数和小波包能量分布可以很好地定义损伤识别指标。     

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。     

风、浪荷载作用下海上风机单桩结构灌浆连接段疲劳性能评价

灌浆连接段的疲劳性能对于海上风机单桩支撑结构至关重要。基于385种工况下的某实际5 MW单桩风机支撑结构在风、浪荷载作用下的动力响应分析,获取了灌浆连接段荷载边界条件时程。建立灌浆连接段精细化有限元子模型,将荷载边界条件转化为应力时程。对于剪力键采用"热点应力"方法进行疲劳性能评价。对于灌浆材料,选取剪力键附近灌浆材料单元积分点处的第三主应力进行疲劳性能评价。采用Palmgren-Miner线性损伤累计准则和雨流计数方法进行疲劳损伤的累计。在某实际灌浆连接段20年的设计寿命周期内,最大剪力键总疲劳损伤为1.35×10~(-10);最大灌浆材料总疲劳损伤为1.54×10~(-3)。由此可见,灌浆连接段的疲劳性能由灌浆材料控制,且损伤值远小于限值1/3,在现有的荷载条件下,灌浆连接段不会发生疲劳破坏。分析产生损伤较大的几种工况可知,风速对现有单桩结构灌浆连接段疲劳的损伤起控制作用。