深水平台关键节点疲劳寿命评估研究

发布时间：2019-10-24 02:25

【摘要】：油气能源的开采工作已经达到了前所未有的高峰,各沿海油气大国加大了对深水区油气能源勘探开发的重视力度,投入了大量的人力和资金用于研究深海区油气钻井技术和装备。深水海洋平台在服役期间常年遭受风、浪、流等复杂载荷的反复作用,结构极易发生疲劳破坏。因此,针对深水平台结构物的疲劳相关问题展开深入的研究有着非常重要的意义。本文基于自由浮体在波浪中运动理论和频域GREEN函数方法得出了无航速自由浮体的频域运动方程,并以圆球浮体为研究对象,进行了频域内的水动力分析,验证了数值模拟方法的可靠性。根据已确定的数值模拟方法研究了波浪中深水平台的运动响应,采用载荷转化程序把水动力数据转化成面元压力载荷并施加到平台的整体有限元模型上,进行了不同海况下的强度分析。分析结果表明:在各种典型的海况载荷作用下,目标平台的立柱和横撑连接处的应力响应最明显,因此将该部位确定为疲劳分析的关键部位。为提高计算效率和计算精度,对关键部位建立了精细子模型,采用多边界插值法对子模型进行了边界插值,计算了关键节点在各海况下的应力响应传递函数。基于Miner累积损伤理论和S-N曲线法评估了各关键节点的疲劳寿命。分析结果表明:各关键节点的疲劳寿命都达到了设计规范的相关要求,立柱和横撑连接处的疲劳寿命最短。在疲劳寿命分析过程中,有很多不确定的影响因素,波浪的非线性因素就是重要的影响因素之一。基于线性和非线性波浪理论,以横撑结构的关键节点为研究对象进行了疲劳寿命评估,研究了波浪的非线性对疲劳寿命评估的影响。分析结果表明:同种海况下,非线性波水质点的速度和加速度在范围大的波谷处略小于线性波的结果,在范围小的波峰处略大于线性波的结果,从总体上看,非线性波理论下得到的波浪力偏小;在不同海况载荷作用下,波浪的非线性程度与波高密切相关,波高越大,波浪的非线性程度越明显;基于两种波浪理论下的关键节点的疲劳寿命不同,在三种不同的阻尼比情况下,相比线性波浪理论而言,基于非线性波浪理论所得到的关键节点疲劳寿命都偏大。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE95

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本文编号：2552343