基于子模型技术的海洋张力腿平台结构疲劳分析

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我国辽阔的海洋中蕴藏着丰富的油气资源,在现今社会高速发展的状态下,陆上资源日益枯竭,已经无法满足国民经济发展的需要,石油勘探开发向海洋特别是深海区域拓展已经迫在眉睫。现今常见的深水浮式平台有张力腿平台、半潜式平台与SPAR平台。在这些平台的运营过程中都出现过由构件疲劳问题所导致的事故。   本文依托国家重大科技专项“深水平台结构分析技术研究”,以国内外疲劳问题研究者较少涉及的张力腿平台结构为例,建立了一套从确定疲劳关键部位到精确计算出关键节点疲劳寿命的完整的张力腿平台疲劳分析方法。首先建立了张力腿平台的整体有限元模型,由WAMIT软件导出其不同浪向的单位波高规则波荷载,并加到平台整体模型上计算,根据计算结果筛选出了疲劳关键部位。然后运用改进的子模型分析技术,建立了疲劳关键部位的中间模型与精细子模型,经过两次边界差值计算完成对精细子模型的有限元分析,结合热点应力外推法得到了疲劳热点的热点应力,并结合波浪浪向与周期得到了疲劳热点应力传递函数,运用疲劳谱分析法,结合南海海域的海洋环境,计算出了各个热点的疲劳寿命。接着参照疲劳可靠性理论,计算出了张力腿平台疲劳热点的可靠度指标。并对疲劳分析过程中涉及的参数进行了参数敏感性分析,如疲劳热点应力、海洋环境、疲劳设计曲线以及疲劳可靠性指标计算中涉及的随机变量统计特性等参数。计算分析结果说明该典型张力腿平台的疲劳强度与疲劳可靠度均符合设计使用要求,并且疲劳关键部位筛选过程给出了可信的疲劳关键部位。疲劳参数敏感性分析给出了在疲劳分析过程中对结果影响较大的参数,与今后工程实际应用应该注意的一些问题。
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