海洋平台导管架结构疲劳寿命与损伤裂纹扩展仿真研究
发布时间：2021-05-11 20:34
导管架海洋平台是最常见的平台结构形式，现今在役的导管架平台数量庞大。长期服役在复杂的海洋环境中，结构不可避免的老化损伤；考虑成本、建造技术等方面原因，长期以来我国从国外引进了大量的旧平台加以改造后继续使用。对这些老化损伤的老龄化平台进行疲劳评估显得尤为重要，既要计算平台安全使用的全寿命周期，也要考虑损伤状态下旧平台的剩余寿命。本文以某导管架海洋平台为例，用设计波法计算平台结构在波浪与海流共同作用下的响应，探讨其在服役期的安全性，并找出导管架平台结构的应力热点位置；随后计算结构在随机波浪作用下的疲劳寿命；最后探讨带裂纹管节点结构的剩余寿命以及影响剩余寿命的因素。首先，查阅导管架平台结构环境荷载、钢材性能以及管节点结构疲劳SN曲线等资料，为后续的仿真分析工作提供必要的数据资料。其次，在阐述导管架海洋平台环境荷载相关理论基础上，运用ANSYS软件建立平台结构整体模型，采用设计波法原理，引用设计波和海流参数对有限元模型两个典型方向分别进行计算，获得结构在极限海况下的应力应变响应，判断平台的安全性，并根据名义应力确定导管架结构管节点应力热点的位置。再次，计算平台结构的前六阶模态并在此基础上求得结...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 导管架平台的构成
1.3 我国导管架海洋平台的应用情况
1.4 国内外研究现状
1.5 本文主要研究内容和创新点
1.5.1 研究内容
1.5.2 本文创新点
第二章 波流共同作用下导管架平台强度分析
2.1 平台结构强度计算的设计波法
2.2 导管架平台的海洋环境荷载
2.2.1 海流荷载
2.2.2 波浪荷载
2.3 导管架海洋平台结构强度仿真分析
2.3.1 仿真单元
2.3.2 数值算例
2.3.3 结构有限元模型
2.3.4 设计波法计算结构响应
2.4 本章小结
第三章 随机波浪作用下导管架结构管节点疲劳寿命仿真分析
3.1 疲劳损伤的概念与基本分析方法
3.2 结构疲劳分析的相关理论
3.2.1 应力集中系数
3.2.2 管节点结构 SN 曲线
3.2.3 Miner 线性损伤积累准则
3.2.4 雨流计数法
3.3 MSC/Fatigue 软件介绍
3.4 热点应力处管节点模型响应分析
3.4.1 模态分析
3.4.2 计算热点的应力集中系数
3.5 导管架危险管节点应力疲劳分析
3.5.1 平台动力计算
3.5.2 热点疲劳计算
3.6 本章小结
第四章 导管架结构裂纹扩展仿真分析
4.1 结构疲劳裂纹扩展基本理论
4.1.1 疲劳裂纹类型
4.1.2 疲劳裂纹扩展一般规律
4.1.3 疲劳裂纹扩展速率
4.1.4 Paris 公式
4.1.5 临界裂纹尺寸计算公式
4.2 导管架结构疲劳裂纹扩展仿真分析
4.2.1 等效波作用下管节点结构的全寿命计算
4.2.2 数值算例
4.2.3 导管架结构疲劳裂纹扩展仿真分析
4.3 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 本文的主要结论
5.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术成果
致谢
详细摘要
【参考文献】：
期刊论文
[1]多尺度有限元法及其应用研究进展[J]. 范颖,王磊,章青. 水利水电科技进展. 2012(03)
[2]海洋平台结构连续倒塌非线性动力响应分析[J]. 杨冬平,陈国明. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2010(02)
[3]损伤和缺陷对海洋平台抗冰抗震性能的影响[J]. 柳春光,金书成. 世界地震工程. 2009(04)
[4]海洋平台TT型圆管节点极限强度分析[J]. 王林,王丽锐. 船海工程. 2008(06)
[5]多尺度有限元建模方法及其应用[J]. 陆新征,林旭川,叶列平. 华中科技大学学报(城市科学版). 2008(04)
[6]老龄导管架平台管节点表面裂纹分析[J]. 林红,陈国明,陈团海. 机械强度. 2008(05)
[7]碳钢、低合金钢全浸没海洋环境下最大点蚀深度简化模型(英文)[J]. 王燕舞,王一飞,黄小平,崔维成. 船舶力学. 2008(03)
[8]偶然灾害下海洋平台损伤结构体系可靠性分析[J]. 金伟良,何勇,宋剑. 浙江大学学报(工学版). 2006(09)
[9]考虑残余应力时自升式平台结构强度评估的研究[J]. 冉绍春,王德禹. 中国海洋平台. 2006(01)
[10]含损伤结构静力和动力特性的有限元分析(英文)[J]. 李艮田,洪明,郭有松. 船舶力学. 2005(06)
硕士论文
[1]钢—聚氨酯夹层圆柱壳结构极限承载力特性研究[D]. 李舒畅.江苏科技大学 2012
[2]完全叠接管节点应力集中因子的数值分析[D]. 章小蓉.华中科技大学 2008
[3]随机波浪荷载作用下海洋导管架平台疲劳寿命预测分析[D]. 刘洪涛.天津大学 2007
[4]导管架平台结构动力特性与动力可靠性分析[D]. 黄怀州.大连理工大学 2004
[5]铸造起重机主梁结构的疲劳寿命研究[D]. 吴小珍.武汉科技大学 2003
本文编号：3182063
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 导管架平台的构成
1.3 我国导管架海洋平台的应用情况
1.4 国内外研究现状
1.5 本文主要研究内容和创新点
1.5.1 研究内容
1.5.2 本文创新点
第二章 波流共同作用下导管架平台强度分析
2.1 平台结构强度计算的设计波法
2.2 导管架平台的海洋环境荷载
2.2.1 海流荷载
2.2.2 波浪荷载
2.3 导管架海洋平台结构强度仿真分析
2.3.1 仿真单元
2.3.2 数值算例
2.3.3 结构有限元模型
2.3.4 设计波法计算结构响应
2.4 本章小结
第三章 随机波浪作用下导管架结构管节点疲劳寿命仿真分析
3.1 疲劳损伤的概念与基本分析方法
3.2 结构疲劳分析的相关理论
3.2.1 应力集中系数
3.2.2 管节点结构 SN 曲线
3.2.3 Miner 线性损伤积累准则
3.2.4 雨流计数法
3.3 MSC/Fatigue 软件介绍
3.4 热点应力处管节点模型响应分析
3.4.1 模态分析
3.4.2 计算热点的应力集中系数
3.5 导管架危险管节点应力疲劳分析
3.5.1 平台动力计算
3.5.2 热点疲劳计算
3.6 本章小结
第四章 导管架结构裂纹扩展仿真分析
4.1 结构疲劳裂纹扩展基本理论
4.1.1 疲劳裂纹类型
4.1.2 疲劳裂纹扩展一般规律
4.1.3 疲劳裂纹扩展速率
4.1.4 Paris 公式
4.1.5 临界裂纹尺寸计算公式
4.2 导管架结构疲劳裂纹扩展仿真分析
4.2.1 等效波作用下管节点结构的全寿命计算
4.2.2 数值算例
4.2.3 导管架结构疲劳裂纹扩展仿真分析
4.3 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 本文的主要结论
5.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术成果
致谢
详细摘要
【参考文献】：
期刊论文
[1]多尺度有限元法及其应用研究进展[J]. 范颖,王磊,章青. 水利水电科技进展. 2012(03)
[2]海洋平台结构连续倒塌非线性动力响应分析[J]. 杨冬平,陈国明. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2010(02)
[3]损伤和缺陷对海洋平台抗冰抗震性能的影响[J]. 柳春光,金书成. 世界地震工程. 2009(04)
[4]海洋平台TT型圆管节点极限强度分析[J]. 王林,王丽锐. 船海工程. 2008(06)
[5]多尺度有限元建模方法及其应用[J]. 陆新征,林旭川,叶列平. 华中科技大学学报(城市科学版). 2008(04)
[6]老龄导管架平台管节点表面裂纹分析[J]. 林红,陈国明,陈团海. 机械强度. 2008(05)
[7]碳钢、低合金钢全浸没海洋环境下最大点蚀深度简化模型(英文)[J]. 王燕舞,王一飞,黄小平,崔维成. 船舶力学. 2008(03)
[8]偶然灾害下海洋平台损伤结构体系可靠性分析[J]. 金伟良,何勇,宋剑. 浙江大学学报(工学版). 2006(09)
[9]考虑残余应力时自升式平台结构强度评估的研究[J]. 冉绍春,王德禹. 中国海洋平台. 2006(01)
[10]含损伤结构静力和动力特性的有限元分析(英文)[J]. 李艮田,洪明,郭有松. 船舶力学. 2005(06)
硕士论文
[1]钢—聚氨酯夹层圆柱壳结构极限承载力特性研究[D]. 李舒畅.江苏科技大学 2012
[2]完全叠接管节点应力集中因子的数值分析[D]. 章小蓉.华中科技大学 2008
[3]随机波浪荷载作用下海洋导管架平台疲劳寿命预测分析[D]. 刘洪涛.天津大学 2007
[4]导管架平台结构动力特性与动力可靠性分析[D]. 黄怀州.大连理工大学 2004
[5]铸造起重机主梁结构的疲劳寿命研究[D]. 吴小珍.武汉科技大学 2003
本文编号：3182063
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/3182063.html
