在役导管架平台结构损伤的数值模拟方法研究

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1、在役导管架平台结构损伤的数值模拟方法研究StudyonNumericalSimulationMethodofStructureDamageofJacketPlatforminService工程领域：船舶与海洋工程作者姓名：马高强指导教师：黄焱教授企业导师：张晓高级工程师天津大学建筑工程学院2017年11月摘要导管架平台是我国近海油气开发中的主要载体型式，其数量众多，且大多数已经进入服役的中后期。导管架平台自就位作业开始就一直处于复杂多变的海洋环境中，不仅会受到各类环境载荷的长期往复作用，还随时面临地震、船舶撞击等意外载荷的作

2、用。在上述因素的综合作用影响下，海洋导管架平台的损伤现象就尤为突出。为了保障结构的安全性与耐久性，针对结构健康的实时监测，被认定为最具应用前景的技术手段。在结构健康监测的研究中，需要构建工程结构在复杂环境激励与各类损伤模式下先验性动力响应数据库。由于现场测试的不确定性和模型试验的相似性问题，采用数值方法对结构损伤进行模拟，便成为构建结构健康监测先验性数据库根本性手段。本文针对导管架管节点裂纹损伤，提出了一种高效的管节点处建立约束方程来模拟裂纹的方法，以实体模型裂纹为基准进行约束方程的耦合系数的求解。采用多尺度建模的思想，建立

3、了多尺度实体模型，论证了MPC(MultipointConstraint)法是最优的不同类型单元的连接方法。通过耦合系数的求解，得到了耦合系数随损伤程度的变化规律，实现了相应损伤程度的管节点裂纹等效模拟的目的。通过动力分析和在损伤识别中的应用分析，得出基于约束方程的裂纹模拟方法可以用于结构的健康监测非线性动力响应分析中。关键词：导管架平台，健康监测，损伤识别，损伤模拟，约束方程，耦合系数IABSTRACTJacketplatformisthemostcommonstructurefortheexplorationofoffs

4、horeoilandgasinChina.Despiteitssignificantnumbers,mostofthejacketplatformshaveenteredthefinalstageofservice.Thejacketstructuresaresubjectedtoharshmarineenvironmentsallthetimeduringservice,aswellasearthquakesorshipcollisions,therebyleadingtothepotentialdamagesofthes

5、tructure.Toinsurethesafetyandtheenduranceoftheplatform,thereal-timestructurehealthmonitoring(SHM)hasbeenthemostpromisingtechnique.InthestudyoftheSHM,thepriordynamicresponsedatabaseofthestructureundercomplicateenvironmentalinteractionsandvariousdamagepatternisneeded

6、.Becauseoftheuncertaintyofthefieldmeasurementandthescalingproblemofthemodeltest,numericalsimulationofthestructuraldamagehasbeenthekeymethodfortheSHMpriordatabaseestablishment.Consideringthecracksoftubejointsaredeeplyhiddeninthestructureandextremelyharmful,thispaper

7、focusesonthesimulationofcrackpropagationintubejointwithhighcomputationalefficiencyandlessresourcerequirements.Basedonthemethodofdynamicallycontrollingthestiffnessmatrixbychangingtheconstraintofdegreesoffreedombetweenelements,thispaperproposeamethodtosimulatethecrac

8、kbyestablishingtheconstraintequationatthetubejoint,solvingthecouplingcoefficientoftheconstraintequationaccordingtothesolidmodel.Basedontheideaofm