海洋平臺導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)疲勞壽命與損傷裂紋擴(kuò)展仿真研究.pdf

1、本文以某導(dǎo)管架海洋平臺為例,用設(shè)計(jì)波法計(jì)算平臺結(jié)構(gòu)在波浪與海流共同作用下的響應(yīng),探討其在服役期的安全性,并找出導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)的應(yīng)力熱點(diǎn)位置;隨后計(jì)算結(jié)構(gòu)在隨機(jī)波浪作用下的疲勞壽命;最后探討帶裂紋管節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的剩余壽命以及影響剩余壽命的因素。
　　首先,查閱導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)環(huán)境荷載、鋼材性能以及管節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)疲勞SN曲線等資料,為后續(xù)的仿真分析工作提供必要的數(shù)據(jù)資料。
　　其次,在闡述導(dǎo)管架海洋平臺環(huán)境荷載相關(guān)理論基礎(chǔ)上,運(yùn)用ANSY

2、S軟件建立平臺結(jié)構(gòu)整體模型,采用設(shè)計(jì)波法原理,引用設(shè)計(jì)波和海流參數(shù)對有限元模型兩個典型方向分別進(jìn)行計(jì)算,獲得結(jié)構(gòu)在極限海況下的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng),判斷平臺的安全性,并根據(jù)名義應(yīng)力確定導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)管節(jié)點(diǎn)應(yīng)力熱點(diǎn)的位置。
　　再次,計(jì)算平臺結(jié)構(gòu)的前六階模態(tài)并在此基礎(chǔ)上求得結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù);建立導(dǎo)管架熱點(diǎn)處管節(jié)點(diǎn)段的局部模型,在步驟二計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上求解應(yīng)力集中系數(shù)SCF;選擇合理的波浪數(shù)據(jù),運(yùn)用Airy波疊加原理生成自由波荷載并加載有限元模型,求

3、解各應(yīng)力熱點(diǎn)位置的應(yīng)力-時間歷程;采用雨流計(jì)數(shù)法原理對應(yīng)力時程進(jìn)行計(jì)數(shù),利用管節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)疲勞SN曲線,計(jì)算各應(yīng)力熱點(diǎn)位置的管節(jié)點(diǎn)疲勞壽命。
　　最后,在平臺結(jié)構(gòu)上加載疲勞等效波,計(jì)算平臺結(jié)構(gòu)受到最大波浪力時,熱點(diǎn)位置處管節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的響應(yīng),并在此基礎(chǔ)上計(jì)算管節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的全壽命周期;然后在闡述疲勞裂紋擴(kuò)展理論、Paris公式等基礎(chǔ)上,導(dǎo)入管節(jié)點(diǎn)有限元模型并進(jìn)行裂紋擴(kuò)展仿真分析,分析裂紋擴(kuò)展的條件和發(fā)生疲勞破壞所需要的時間;計(jì)算了不同荷載幅下