海洋平台结构整体疲劳寿命的预测

《海洋平台结构整体疲劳寿命的预测》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、海洋平台结构整体疲劳寿命的预测摘要：如今，我国海上油气III的开发进展迅速，迫切需要设计新的采油平台以及对服役后期平台的安全评估，设计及评估都要求预测平台疲劳寿命。海上采油平台是由成千上百个构件（含管节点）纟R成的高次超静定结构系统。其屮一个或少数构件疲劳失效，不一定会导致平台整个结构系统失效。因此，除构件外还必须要预测平台结构系统的疲劳寿命。关键词：海洋平台；结构整体；疲劳寿命；预测中图分类号：TE951.02文献标识码：A文章编号：1导言海洋平台是由成千上百个构件（含节点）组成的高次超静定结构

2、系统，其中1个或少数构件疲劳失效，不一定会导致结构系统的整体失效。因此，海洋平台不仅需要预测其构件的疲劳寿命，还要预测平台整个系统的疲劳寿命。鉴于目而对平台整体寿命预测的研究较少,而多偏重于研究平台构件的寿命。因此，现文着重介绍石汕大学研究平台整体寿命预测的成果。2平台整体疲劳寿命预测的方法与步骤通常称平台的失效构件为失效单元:而将若干构件依顺序失效并最终导致平台整体失效的进程称为失效路径。因此，必须求得失效路径，才能预测平台结构系统的寿命。対于海洋平台这种结构系统町能有疲劳、腐蚀、断裂等多种不同

3、失效模式组成的多种失效路径。设按第j种失效路径预测平台系统寿命为Tj,则平台系统预测的寿命T应为：T=miii{Tj}（j=1,2,…，m）2.1平台结构系统疲劳寿命预测的失效扣除重分析法针对某种失效路径，石汕大学捉岀了一种失效扣除重分析法，这种方法认为平台整体失效是由若干构件（失效单元）依次按顺序破坏而造成的。当某一构件经过Atl时间失效示,即将此构件扣除，然后将结构的载荷重新分配，重新分析各个构件的内力；经过At2时间后，又有笫二个构件失效，再将此构件扣除进行重分析。如此反复，经过吋间后，若达

4、到平台系统失效的判据时，则认为平台结构系统失效，H•平台结构系统的预测疲劳寿命Tj为:nTj=工△乙（丿=b2,m）7=1平台整体失效的判据可采用：2.1.1结构具有一定数量的塑性较己变成机构。2.1.2平台桩腿的累计损伤达到80%或管节点破坏。2.1.3平台结构因变形太大，无法承受设计载荷。2.2平台结构系统疲劳寿命预测的步骤在计算载荷及内力和预测构件疲劳寿命的基础上，以采用S—N曲线法为例，预测的步骤是：2.2.1逐段计算出各个阶段最先失效的构件。设第j个单元在第1阶段的疲劳寿命为Nlj,构件

5、共有山个，则第一阶段可按上式求得最先失效构件的寿命N1：Ni=min{Nij}0=1,2,••、”）当达到N1,该构件失效后，随即将其扣除，进入全系统失效路径的下一阶段。同理，在任一个第i阶段时，则应扣除的失效构件的寿命Ni应为：Ni=min{}0=1，Z…，/?）2.2.2计算各个构件在各个阶段的疲劳损伤。设笫i阶段内第j个构件的等效疲劳应力幅为Shij,则第j个构件在此应力幅下的疲劳寿命为Nij：Nj=KIslj式中常数m及K分别为S-N曲线的斜率及截矩。依Miner法则，经第i阶段Ni次应力

6、循坏后，第j个构件在第i阶段内的疲劳损伤△Dij为：△/）歹=Ni〔Nij（z°=1,2：…9〃;丿=1,Z…加）2.2.3计算各个构件经若T•阶段后的总损伤。设笫j个构件经若干阶段至笫i阶段时的累积总损伤为Dij；而在其前面一个阶段的总累积疲劳损伤为DtI-1,j；将Dti-1,j与式（6）的ADij相加，即可得岀：N严N—j+（NiIn訂2.2.4预测各阶段疲劳应力幅的循坏次数。设式（7）中的Dij=l时，第j个单元即于第i个阶段发生疲劳失效，因而此时的Nj应为式（7）屮第i个阶段的循环次数N

7、i。即：Ni=Nj=N^l-Dr,；）L12.2.5预测海上平台结构系统的疲劳寿命。若将各阶段的循坏次数相叠加，则直至达到平台整体失效判据时的总累积循环次数N,即平台整体的疲劳寿命（或以时间T及Ati表示）：nN=i=1T=i=1按上述方法与步骤，石油大学研制了预测平台结构系统寿命的计算软件OSFACo3构件等效疲劳应力幅的简化计算方法对于动力响应较小（自振周期小于3s）的平台，或是对服役的平台进行初级评估时，为了节省计算机时，在美国APIRP2A提出的简化疲劳分析方法的慕础上，石油大学提出了海洋

8、平台构件的等效疲劳应力幅的简化计算方法。3.1简化计算方法的基本假设3.1.1假设应力幅S与波高（或冰厚）H有下列关系：S二C/Z式中，C及g分別为标定的常数及指数。3.1.2假设应力幅S与循环次数N符合S-N曲线。即：fN二K2.3.3假设正常海况和飓风时，长期波高以及常冰年和重冰年的年最大冰厚h均服从威布尔（Weibull）分布，其概率分布函数PH（h）为：Ph（A）=1-exp[-（A///o）a（）lrWo]（正常海况，常冰年），Ph（力）=1-exp[-（力///i）1l