基于響應(yīng)面方法的立管結(jié)構(gòu)可靠性研究.pdf

1、海洋立管是海洋油氣開發(fā)中的重要設(shè)備之一，是連接海底井口與海面浮式結(jié)構(gòu)物的最重要媒介。在深海條件下，海洋立管的結(jié)構(gòu)形態(tài)為細(xì)長(zhǎng)體，其所處的工作環(huán)境十分復(fù)雜和惡劣，風(fēng)、浪、流等多種載荷都會(huì)影響到立管的結(jié)構(gòu)安全。而在對(duì)深海立管結(jié)構(gòu)安全的評(píng)價(jià)中，由于大量不可測(cè)量和預(yù)知的影響因素的存在，導(dǎo)致立管結(jié)構(gòu)響應(yīng)出現(xiàn)隨機(jī)性。目前，借助專用有限元軟件，可以計(jì)算出立管在特定的環(huán)境下的強(qiáng)度情況，但是在復(fù)雜的環(huán)境載荷作用下，很難能夠定量的確定立管結(jié)構(gòu)在多大程度上是安

2、全的。所以，充分考慮各種隨機(jī)性的影響，對(duì)深海立管結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性分析，是十分必要和有意義的。
　　 由于立管的結(jié)構(gòu)響應(yīng)的功能函數(shù)都是隨機(jī)變量的隱性表達(dá)式，無法直接應(yīng)用傳統(tǒng)方法進(jìn)行可靠性分析。因此，本文引入了響應(yīng)面方法和最弱失效模式組理論，結(jié)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)、有限元方法、一階二次矩方法和蒙特卡洛法等方法，進(jìn)行了極限風(fēng)暴載荷及波流聯(lián)合作用下的鉆井立管結(jié)構(gòu)可靠性研究，和流載荷作用下鉆井立管渦激振動(dòng)疲勞可靠性研究。本文首先應(yīng)用通用有限元軟件對(duì)深

3、海立管結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體分析，掌握了頂端張力式立管在操作及懸掛工況下的整體響應(yīng)特征。然后，在對(duì)立管進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和專用有限元建模的基礎(chǔ)上，篩選出影響立管在各種工況下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的主要因素，采用多項(xiàng)式響應(yīng)面方法建立結(jié)構(gòu)響應(yīng)與隨機(jī)輸入變量之間的近似解析表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上確定立管在不同工況下的不同位置的結(jié)構(gòu)響應(yīng)功能函數(shù)，繼而進(jìn)行了立管在極限風(fēng)暴載荷下的結(jié)構(gòu)可靠性分析。在這一方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合疲勞累積損傷理論，進(jìn)行了鉆井立管在渦激振動(dòng)作用下的疲勞可靠性分