考虑断裂和腐蚀失效的海洋平台动态可靠性研究

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1、万方数据第30卷第1期2009年1月石油学报ACTAPETROI。EISINICAVoL30No．1Jan．2009文章编号：0253—2697(2009)01—0132-04考虑断裂和腐蚀失效的海洋平台动态可靠性研究许亮斌1陈国明2(1．中海石油(中国)有限公司北京研究中心北京100027I2．中国石油大学机电工程学院山东东营257061)摘要：对海洋平台寿命周期内的动态可靠性进行了研究，提出了单独考虑断裂、腐蚀失效以及同时考虑两种失效模式相互作用的3种动态可靠性分析模型。在此基础上，对平台系统的疲劳可靠性进行了研究，给出了相

2、应的评估方法和计算公式。提出了一种谱分析与时间域相结合的疲劳应力分析方法。该方法结合了两者的优点，一方面可以较好地考虑系统的非线性，同时有效的减少计算工作量，便于实际工程计算。关键词：海洋平台；动态可靠性；腐蚀失效；断裂失效；疲劳可靠性；评估方法中图分类号：TE242文献标识码：AEvaluationmethodfordynamicreliabilityofoffshoreplatformconsideringfractureandcorrosionfailuresXULiangbinlCHENGuomin92(1．Beijin

3、gResearchCenterofChinaNationalOffshoreOilCorporation，Beijing100027，China；2．FacultyofMechanicalandElectronicEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Dongying257061，China)Abstract：Thedynamicreliabilityofoffshoreplatformwithinitslifecyclewasanalyzed．Threedynamicreliabilit

4、ymodelsinconsider—ationoffracturefailure，corrosionfailureandbothofthemwereproposed．Thedynamicfatiguereliabilitytoplatformsystemwasin—vestigated．Thecorrespondingassessmentmethodsandtherelativeformulaeweregiven．Theinvestigatedexampleillustratedthevalidationofthepropose

5、dmethod．Anewmethodtopredictionoffatiguestressofoffshoreplatformwasproposedbycombiningthespectralmethodwiththetimedomainmethod．Thenewmethodpossessestheadvantagesoflesscomputationworkandmoresimpleapplication．Keywords：offshoreplatform；dynamicreliability；corrosionfailure

6、；fracturefailure；fatiguereliability；evaluationmethod海洋平台结构在使用的过程中，受到复杂的环境载荷和操作载荷的作用，由于在使用过程中长期受到海水的腐蚀及不断变化的环境载荷的作用，结构会出现如裂纹、腐蚀等损伤，严重影响结构的承载能力，使得结构的安全可靠性减弱，最终将导致结构功能的丧失，甚至结构破坏。另一方面，影响平台的环境载荷主要是随季节而变化的风和浪，因此，海浪作用产生的波浪力随时间而变化。此外，作用在冰区平台的冰载荷也与时间有较大的关系【1]。因此，在海洋结构服役的过程中，其

7、可靠性呈现随时间而变化的动态过程，这就是结构动态可靠性。因此，结构疲劳可靠性研究必须由单纯的结构设计静态可靠性过渡到结构生命周期全过程的动态疲劳可靠性[2’3]，笔者在考虑疲劳失效的动态疲劳可靠性分析的基础上，研究了考虑断裂和腐蚀的海洋平台的动态可靠性。1考虑断裂失效的动态可靠性分析断裂失效定义为应力过程首次超越结构的强度界限而破坏，考虑由于疲劳裂纹引起的强度衰减为Q(f)一Qog(￡)(1)式中：Q。为初始强度，MPa，可以认为Q。服从正态分布[41；g(f)为衰减函数，可表示为[3]r，、11／2如)=1_(1叫l等}j(2

8、)式中：a。为最大容许裂纹长度，min；手为裂纹尺寸为a。时最大容许强度衰减系数，0<毒<1；a(￡)为t时刻的裂纹尺寸，mm，由考虑疲劳载荷的裂纹扩展分析得到；口。为初始裂纹尺寸，mm。结构的断裂失效一般与极值载荷相关，如果不考虑疲劳载荷和引起断裂的极值载荷的