SPAR平台关键节点的腐蚀疲劳寿命研究

发布时间：2017-04-29 01:11

  本文关键词：SPAR平台关键节点的腐蚀疲劳寿命研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：海洋平台结构复杂,风浪流载荷及腐蚀联合作用下的腐蚀疲劳问题直接影响平台的结构完整性和使用安全性。SPAR平台作为深水浮式生产系统,动力性能优良,在海洋工程中应用日益广泛,特别适用于深水油气资源的开采。南海海洋环境复杂多变,海洋平台结构疲劳具有高周、变幅、非线性的特性,腐蚀造成的损伤呈现多变、无规律的特点,研究适合南海深水海域的SPAR平台动力学性能,分析平台的应力响应并预测其腐蚀疲劳寿命,对提高我国深水海域海洋平台的开发能力和油气资源的开采效率具有重要的现实意义。点蚀疲劳是海洋平台主要的腐蚀损伤类型,本文根据ASTM标准,建立点蚀坑模型,分析点蚀坑主要尺寸对结构应力集中的贡献作用,总结蚀坑尺寸的发展规律,通过有效应力集中系数放大热点应力来考虑点蚀对疲劳的影响,结合临界面能量法确定适合海洋平台的腐蚀疲劳寿命计算方法：根据南海海洋环境状况,参考DNV规范确定南海极限海况和工作海况下的环境参数,建立适合南海海况的Truss SPAR平台模型,对极限海况下的平台结构进行动力学响应分析,通过频域动力学响应结果评估其运动性能,时域响应结果评估其安全性能；计算工况下导缆器受力时间历程,结合DNV定位系泊规范与API规范,确定平台主体与系泊系统耦合点-导缆器的结构形式和尺寸参数,应用确定的腐蚀疲劳寿命计算方法,估算以导缆器为关键结构的SPAR平台寿命。研究结果显示点蚀群中主蚀坑的蚀坑深度对结构应力集中影响最大,根据实测数据和仿真分析确定蚀坑有效应力集中系数计算公式。确定工况和极限海况下南海风浪流参数,建立桁架式SPAR平台模型,极限海况下频域动力学结果显示平台运动性能良好,时域动力学结果显示平台极限位移和系泊系统受力都在许用范围之内,满足安全性能。根据不同年限下应力集中系数计算结果,放大热点应力应变时间历程,结合临界面能量法计算导缆器的腐蚀疲劳寿命为224.0605年,满足ABS规范下深水浮式生产系统的局部设计寿命要求。
【关键词】：海洋工程 应力集中 动力学响应 腐蚀疲劳寿命
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE985
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 选题背景及研究意义10-11
• 1.2 SPAR平台分类11-12
• 1.3 腐蚀疲劳的机理12-14
• 1.4 腐蚀疲劳寿命方法综述14-21
• 1.4.1 疲劳方法综述14-18
• 1.4.2 腐蚀研究方法18-21
• 1.5 研究内容与技术路线21-23
• 2 点蚀坑缺口疲劳的应力集中发展趋势23-37
• 2.1 点蚀坑缺口的应力集中趋势23-31
• 2.1.1 蚀坑模型的建立23-25
• 2.1.2 整体结构厚度对有效应力集中系数的影响25-26
• 2.1.3 蚀坑几何尺寸对有效应力集中系数的影响26-29
• 2.1.4 点蚀群对有效应力集中系数的影响29-31
• 2.2 蚀坑发展规律31-34
• 2.2.1 蚀坑径深比的发展规律31-32
• 2.2.2 蚀坑深度的发展规律32-34
• 2.3 点蚀疲劳寿命计算方法34-36
• 2.4 本章小结36-37
• 3 SPAR平台动力响应分析37-54
• 3.1 海洋环境参数的确定37-41
• 3.1.1 极限海况的确定37-39
• 3.1.2 工作海况的确定39-41
• 3.2 SPAR平台模型的建立41-45
• 3.2.1 平台主体结构设计42-44
• 3.2.2 系泊系统设计44-45
• 3.3 SPAR平台动力响应分析45-53
• 3.3.1 SPAR平台频域分析46-49
• 3.3.2 SPAR平台时域动力学分析49-53
• 3.4 本章小结53-54
• 4 导缆器腐蚀疲劳寿命估算54-68
• 4.1 导缆器结构54-57
• 4.2 导缆器腐蚀疲劳寿命估算57-67
• 4.2.1 不同时刻危险点应力应变计算58-62
• 4.2.2 点蚀作用下的有效应力集中系数变化62-63
• 4.2.3 腐蚀疲劳寿命计算63-67
• 4.3 本章小结67-68
• 5 结论与展望68-70
• 5.1 结论68-69
• 5.2 研究工作展望69-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 个人简历74
• 硕士期间发表的学术论文74

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本文编号：333924