spar平台疲劳评估方法研究

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1、上海交通大学硕士学位论文Spar平台疲劳评估方法研究姓名：郭斌申请学位级别：硕士专业：工程力学指导教师：唐文勇20051201摘要上海交通大学硕士学位论文Spar平台疲劳评估方法研究摘要研究了海洋平台的发展历史和发展现状，指出在未来的深海油气开发中，尤其是极深水海域，张力腿平台和SPAR平台将作为主要的平台形式得到广泛的应用。介绍了Spar平台的结构形式，比较了三代Spar平台的结构差异。介绍了关于Spar平台的国内外研究现状，指出了Spar平台的垂荡运动和涡激振动是两个受到广泛关注的研究方向。阐述了疲劳分析的相关理论。传统的疲劳分

2、析方法分为确定性疲劳分析方法和疲劳可靠性分析方法，是根据时域载荷信号求得疲劳损伤。然而对于海洋平台这样的结构和受力都比较复杂的情况，在时域中进行瞬态动力分析很难实现，因此产生了基于功率谱的疲劳分析方法。由于波浪谱和洋流的功率谱统计信息已经具备，这使得基于功率谱的海洋结构疲劳分析成为可能。论文还阐述了海洋平台的疲劳分析方法。海洋平台的疲劳分析主要是对关键节点的疲劳进行分析。关键节点的加强可以有效的缓解应力集中，提高疲劳寿命。对桁架式SPAR的桁架部分的疲劳进行了分析。从线性系统运动方程出发，推导了SPAR平台的垂荡响应函数，选择P-M

3、波浪谱，得出垂荡响应谱，由垂荡响应谱得出作用于桁架的疲劳载荷谱。应用MSC.PATRAN/NASTRAN软件，采用热点应力法分析了具体管节点的应力集中位置的应力均值和应力幅值。其中热点处的应力由距离该点t/2和3t/2处的值插值得到（t为板厚）。由于平均应力值很大，热点应力法求得的应力幅值需要经过Goodman公式修正。有限元分析中的载荷是考虑百年一遇的风暴，假设疲劳应力范围长期服从Weibull分布，求得等效应力幅值。然后代入DNV的修正管节点S-N曲线求得疲劳寿命。I摘要上海交通大学硕士学位论文分析了立管的疲劳载荷情况。立管受到

4、的力为：重力、浮力、波浪力、摇摆过程中与导框的碰撞力、内部流场的作用力、外部流场作用力（主要是涡激振动VIV）。在这些力中重力和浮力是恒定不变的，可以把其合力作为应力均值的一部分在最后的分析中加以考虑。波浪作用力主要通过自由液面升高的方式加以考虑，由于立管的水线面面积很小，该部分受力在立管总的受力中只占很小的比例，可以忽略不计或者分开计算然后简单地线性叠加。与导框碰撞力和VIV是立管受到的主要疲劳载荷。本文分析了这几种力的大小。同时结合分析指出了TrussSPAR平台立管的疲劳危险部位。危险部位是位于桁架部分的立管。该处既受到导框的

5、接触力，又受到涡激振动的作用力。该项工作为进一步进行立管的疲劳分析打下了基础。关键词：Spar平台疲劳分析功率谱海洋立管涡激振动导框接触力IIABSTRACT上海交通大学硕士学位论文FATIGUEASSESSMENTMETHODOFSPARPLATFORMABSTRACTThedevelopmentofoffshoreplatformisinvestigated.ItcanbedrawaconclusionthattheTLPandSparplatformwillbewellusedintheexploitationofdeepse

6、aareaoil,especiallyfearfullydeepseaarea,inthefuture.ConfigurationofSparplatformwasintroduced.ThedifferencebetweenthreegenerationSparplatformwascompared.FromthedevelopmentstateofSparplatforminabroad,wecanseethattheheavemotionandVIVaretworesearchaspectswhicharewildlycare

7、d.Basictheoryoffatigueanalysisisintroduced.Traditionalmethodoffatigueanalysisisbasedontimedomainloadinginformation.Butit’simpossibletoprocesstwinklingdynamicanalysisintimedomain,becausethattheconstructionandloadingofoffshoreplatformarebothcomplicated.Then,fatigueanalys

8、ismethodbasedonpowerspectrumcomeintobeing.Thestaticinformationaboutpowerspectrumofseawaveandoceanflowhasbeenpossessed