导管架平台构件疲劳损伤与时变可靠度分析

论文摘要

随着我国海洋油气资源的开发,近海海域有近200座固定式平台投入使用。海洋平台结构是近海油气开采的重要基础性设施,是海上生产作业的和生活的基地。同时,海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵,所处海洋环境十分复杂和恶劣。因此,海洋平台的安全性一直以来是国内外学者关注的焦点。疲劳损伤是影响海洋平台构件寿命的主要原因之一,研究疲劳损伤作用机理及疲劳耦合的承载能力寿命预测对于确保海洋平台结构的安全性和实现经济性具有重要的现实意义。为此,本文对疲劳损伤分析方法进行了较深入的分析,将其在疲劳耦合的承载能力时变可靠度计算和寿命预测方面进行了初步应用。本文主要研究内容为:(1)针对目前多种疲劳荷载作用下疲劳损伤的计算与实际疲劳荷载作用引起疲劳损伤实质不一致的情况,本文提出在荷载效应应力层次进行组合计算总的疲劳累积损伤,建立了改进的疲劳损伤计算方法。通过模拟具有相关性的风浪荷载并施加于简单构件模型上进行疲劳分析,计算结果验证了现行方法偏于不安全以及改进方法的合理性。(2)本文结合胜利油田埕岛CB32A平台的实时监测系统实测数据,通过改进的疲劳损伤分析方法计算该平台管节点疲劳累积损伤规律,在此基础上建立了管节点的抗力衰减模型。结合时变可靠度度理论,计算了相应管节点的时变可靠度。(3)结合时变可靠度计算方法,总结了承载能力寿命预测算法。建议了目标可靠指标的取值,结合管节点的抗力衰减模型及荷载极值概率模型,预测了CB32A平台管节点的剩余寿命。本文提出了多种疲劳荷载作用下疲劳累积损伤计算的一种新思路,对完善和发展复杂荷载作用下疲劳累积损伤计算理论和推进疲劳分析方法的工程应用具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 海洋环境荷载
• 1.2.2 疲劳累积损伤理论
• 1.2.3 海洋平台结构疲劳使用寿命预测
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 海洋环境荷载及其数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 风荷载及其数值模拟
• 2.2.1 风荷载的特点
• 2.2.2 脉动风的随机模型
• 2.2.3 脉动风及风荷载的数值模拟
• 2.3 海洋波浪力及其数值模拟
• 2.3.1 波浪的随机模型
• 2.3.2 海浪及其作用力的数值模拟
• 2.4 考虑相关性的风浪联合数值模拟
• 2.5 本章小结
• 第3章 复杂荷载作用下构件疲劳损伤分析
• 3.1 引言
• 3.2 疲劳的基本理论
• 3.2.1 疲劳强度理论
• 3.2.2 平均应力影响
• 3.2.3 Miner线性累积损伤准则
• 3.2.4 循环计数法
• 3.2.5 应力集中系数
• 3.3 海洋平台疲劳损伤分析的基本方法
• 3.4 改进的疲劳损伤分析方法
• 3.5 方法对比及算例分析
• 3.5.1 两种疲劳分析方法的对比
• 3.5.2 算例分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于实测数据的构件疲劳累积与时变可靠度分析
• 4.1 引言
• 4.2 工程概况
• 4.3 构件疲劳损伤累积计算
• 4.4 构件抗力衰减分析
• 4.4.1 材料屈服应力的衰减模型
• 4.4.2 管节点屈服应力衰减计算
• 4.4.3 构件管节点抗力
• 4.4.4 抗力统计参数
• 4.4.5 构件抗力衰减模型
• 4.5 海洋平台荷载及其统计特性
• 4.5.1 荷载分类
• 4.5.2 荷载要素组合
• 4.5.3 设计荷载标准值
• 4.5.4 荷载的概率分布及统计特征
• 4.6 构件时变可靠度分析
• 4.6.1 基本方法
• 4.6.2 荷载效应系数
• 4.6.3 构件可靠度指标计算
• 4.7 本章小结
• 第5章 基于时变可靠度理论的构件寿命预测
• 5.1 引言
• 5.2 构件寿命预测基本方法
• 5.3 结构失效状态安全可靠指标的确定
• 5.4 CB32A平台构件管节点疲劳寿命预测
• 5.5 基于Miner准则的疲劳寿命预测
• 5.6 两种寿命预测方法计算结果对比
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢