自升式海洋平臺(tái)樁腿疲勞壽命研究.pdf

1、自升式海洋平臺(tái)其所處的工作環(huán)境極其惡劣，一旦出現(xiàn)安全性問(wèn)題，往往造成巨大經(jīng)濟(jì)的損失，所以很有必要對(duì)平臺(tái)進(jìn)行疲勞壽命分析。本文以Super M2自升式平臺(tái)為研究對(duì)象，結(jié)合波浪理論及相關(guān)環(huán)境載荷公式對(duì)其進(jìn)行靜力強(qiáng)度分析；然后，針對(duì)平臺(tái)樁腿薄弱處即管節(jié)點(diǎn)位置，分析了該管節(jié)點(diǎn)在軸力作用下的沿焊縫周圍的應(yīng)力分布規(guī)律及其各幾何參數(shù)對(duì)應(yīng)力的敏感性；最后，基于兩種疲勞理論對(duì)平臺(tái)樁腿關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行平臺(tái)的疲勞壽命分析并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行對(duì)比討論。其具體的研究?jī)?nèi)容如下

2、：
　　(1)本文以Super M2自升式平臺(tái)為研究對(duì)象，探討了相關(guān)疲勞理論及環(huán)境載荷理論。通過(guò)合理的簡(jiǎn)化建立了平臺(tái)的有限元模型，其中采用彈簧單元模擬平臺(tái)與樁腿之間的連接關(guān)系，通過(guò)在定義的質(zhì)量點(diǎn)上施加重力場(chǎng)的方式來(lái)模擬平臺(tái)重物的分布。另外，考慮到樁靴與土壤連接的復(fù)雜性，采用Abaqus中有的線彈性模型進(jìn)行處理，從而提高了自升式平臺(tái)模擬分析的準(zhǔn)確度。
　　(2)設(shè)置合理的環(huán)境變量，采用斯托克斯5階波波浪理論及Morision公

3、式，并且考慮了波浪的動(dòng)壓力與靜水壓力所造成的浮力效應(yīng)，分析計(jì)算了自升式平臺(tái)在預(yù)壓和風(fēng)暴自存工況下的應(yīng)力分布情況。并依據(jù)CCS規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度校核，結(jié)果滿足強(qiáng)度要求。
　　(3)針對(duì)平臺(tái)樁腿薄弱處即管節(jié)點(diǎn)位置，分析了該處在軸力作用下的沿焊縫周圍的應(yīng)力分布規(guī)律。然后結(jié)合正交試驗(yàn)理論，分析了管節(jié)點(diǎn)各幾何參數(shù)對(duì)其應(yīng)力影響的敏感性。
　　(4)采用譜分析法對(duì)平臺(tái)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)剩余壽命進(jìn)行疲勞壽命分析，首先利用 stokes fifth-orde

4、r波浪理論來(lái)分析計(jì)算了不同浪向角及波浪頻率下典型節(jié)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力傳遞函數(shù)，再結(jié)合中國(guó)南海波浪散布圖以及疲勞理論，完成對(duì)樁腿各典型節(jié)點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度評(píng)估。得出樁腿疲勞壽命為41.3年，其位于水面附近即為樁腿的飛濺區(qū)。
　　(5)對(duì)裂紋尖端進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得出了其附近的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的分布情況。依據(jù)ABS設(shè)計(jì)規(guī)范，基于斷裂力學(xué)對(duì)海洋平臺(tái)樁腿危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算，最終獲得樁腿的使用壽命為33.2年，滿足平臺(tái)服役年限的要求。相比S-N曲線的