基于监测的平台结构全寿命期疲劳强度衰减规律研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lhm136
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疲劳破坏是海洋平台结构最显著的失效模式之一,疲劳强度也是平台结构设计中保障结构安全可靠的关键问题。复杂变化的海洋环境载荷诱导结构内应力响应不规则波动,而结构设计阶段常采用统计参数描述这一疲劳载荷。由于疲劳载荷类型和参数等不确定因素的影响,按传统数值方法进行疲劳寿命预测的结果往往呈现出较大的分散性。近年来,结构监测在大型工程结构和基础设施中有着广泛的应用,通过传感器持续采集结构中实时的力学响应,削弱了结构安全评定过程中载荷固有的不确定性。然而,考察各类的现有实际工程结构上基于结构监测的疲劳寿命评估,其传感器部署方案与安全评定方法之间相辅相成、配合紧密,且均与结构本身的特点密切相关,均不能在海洋平台结构上直接套用。因此,需要结合海洋平台自身的承载和所处环境特点,提出相适应的疲劳损伤监测方法,同时制定合理的疲劳寿命评估流程,实现对结构疲劳强度衰减状况的掌握。  本研究基于结构监测研究了掌握海洋平台结构全寿命期中疲劳强度衰减规律的方法。首先,针对现有疲劳损伤监测方法存在的不足,提出一种疲劳损伤监测方法,采集局部结构中远离热点位置的截面应力分布,并借助有限元分析制定匹配传感器部署方案的监测数据处理方法,获取结构疲劳关键位置完整的结构应力应力状态;为两例平台典型结构设计了详细的疲劳损伤监测方案,经有限元分析验证了方法的有效性和精度,并给出通用的具体实施策略。其次,考虑腐蚀对结构的力学响应和疲劳性能的影响,合理实现基于监测的平台结构全寿命期疲劳损伤时域分析;考虑外界环境载荷变化和腐蚀因素的影响,建立疲劳累积损伤保守预估模型,实现平台结构全寿命期疲劳寿命预测。最后,针对平台结构疲劳问题的变幅载荷多轴疲劳本质,引入多轴疲劳准则修正的沃勒曲线法MWCM,实现基于监测的平台结构多轴疲劳损伤分析。提出的疲劳损伤监测方法能够有效地获取平台结构疲劳关键位置真实的结构应力应力状态的时间历程,进一步分析结构单轴或多轴疲劳损伤情况,实现结构疲劳寿命预测,进而掌握结构全寿命期中疲劳强度的衰减状况,增进对平台结构实际安全状态的认知,具有较强的工程实用性。
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