海洋平台结构系统的冰激疲劳可靠性分析

提出一种冰激疲劳损伤简化计算方法,用于计算冰力作用下平台管节点的疲劳损伤,并根据该方法分析平台构件和整体的疲劳可靠性。该方法用两个指数函数拟合平台和海冰相互作用时疲劳应力和应力循环次数与海冰厚度、速度的关系,具有较高的拟合精度,而且给出基于S—N曲线的疲劳损伤计算公式,从而使疲劳损伤计算得到很大简化。在此基础上,给出平台构件可靠性和整体可靠性的计算方法,并通过提出冰载荷作用下海洋平台整体疲劳失效的简化判断依据,简化平台整体疲劳可靠性计算过程。同时基于断裂力学的Paris公式,建立冰载荷作用下构件疲劳裂纹扩展的可靠性模型,当平台被检测出有裂纹时,可以使用该模型对构件和平台整体进行可靠性分析。对冰激动力响应不太严重的平台,可以用文中提出的方法进行疲劳可靠性分析。

海洋平台冰激疲劳时域精细评估

为了评估冰区平台在服役期内的安全可靠性,给出了平台冰激疲劳时域精细评估的详细流程。根据海冰漂移方向、冰速和冰厚的概率分布特征,确立冰激振动分析的24个疲劳子工况。考虑平台桩柱的不同结构型式和冰-结构耦合作用,分别采用简化冰力函数模型和Sodhi改进模型对平台中锥体结构和直立桩柱结构进行冰激动态响应分析;建立管节点精细有限元模型计算热点应力集中系数,从而得到管节点的疲劳应力时程,并利用雨流计数法进行统计,计算整个疲劳环境的等效应力幅以及相应的循环次数,最后利用Miner线性累积损伤准则计算疲劳损失和疲劳寿命。结果表明:4根斜撑杆上的支管冰激疲劳损伤最大,应作为今后检测的重点部位。

渤海海域导管架平台冰激疲劳研究

随全球气候变暖,渤海海域冰边缘区占比不断升高,冰边缘区复杂的动力学条件使得渤海海域导管架平台的冰激疲劳问题引起人们更多关注。本文使用ANSYS有限元软件对渤海某海域一导管架平台进行了冰激疲劳分析。文中首先根据该海域冬季冰情条件,设置了合理的冰激疲劳分析工况。由概化冰力函数确定了各分析工况下的动冰力时程,进而对导管架平台进行了全时域瞬态动力分析。根据S-N曲线法分析了导管架平台各主桩腿上管节点的疲劳寿命,均满足结构抗疲劳性能要求。文中冰激疲劳分析方法是解决渤海海域海洋工程结构冰激疲劳问题的有效方法,对海洋工程结构设计和评估具有重要意义。

胜利油田海上固定平台主结构冰激疲劳分析

基于近年来胜利海上固定平台主结构检测出疲劳裂纹的实际,分析了传统的基于波浪荷载的简化疲劳分析结论与实际检测结果的差异性和不足之处,提出开展基于冰荷载的详细疲劳分析的必要性。在此基础上,总结了国内海上固定平台结构冰激疲劳的研究现状,提出了在胜利油田海域开展平台结构冰激疲劳分析能够利用的现有成果,以及需要继续开展相关研究方向的建议。

极地船舶冰区航行中冰激结构疲劳的累积损伤分析

极地船舶在冰区航行中经常与各种类型的海冰发生不同程度的碰撞,充足的疲劳强度储备至关重要。本文提出了基于实测冰载荷的极地船舶结构冰激疲劳的累积损伤分析方法。以“雪龙”号极地考察船为研究对象,通过对我国第8次北极科学考察中的冰厚和航速等现场测量数据进行统计分析,在冰厚0.5~2.5 m、航速2~12 kn范围内构造冰激疲劳工况,并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率;基于支持向量机方法反演识别出典型工况下的冰载荷时程,通过动力学分析确定关键位置及相应的热点应力,并采用雨流计数法统计应力循环次数;最后通过S-N曲线和Miner线性累积损伤理论进一步计算该航次内的疲劳损伤度,验证了“雪龙”号在冰区航行的安全性。本文对极地船舶结构的抗冰设计和安全评估具有一定的参考意义。

冰区海上风机结构的冰激疲劳寿命分析

冰载荷是诱发冰区海上风机结构疲劳破坏的重要因素,通常采用加装抗冰锥体的方式将海冰的挤压破坏转化为弯曲破坏,从而减小峰值载荷并削弱冰激振动。针对锥体风机结构在冰载荷作用下的疲劳寿命开展分析。基于渤海辽东湾某海域的现场监测数据确定了有效冰期、冰厚、冰速等疲劳分析参数,在冰速0~100 cm/s、冰厚0~30 cm范围内均匀划分50种疲劳工况,并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率;采用具有粘结-破碎功能的球体离散单元构造海冰模型,计算风机与平整冰相互作用时的冰载荷时程及对应的热点应力;采用雨流计数法提取热点应力时程中的有效循环次数,根据S-N曲线和Miner线性累积损伤准则进一步计算其冰激疲劳寿命;最后将计算结果与通过锥体结构随机冰力函数构造冰载荷时程而得到的疲劳寿命相比较,验证了基于海冰离散单元模型的冰载荷时程构造方法的安全性与可靠性。

冰激动载荷下自升式平台桩腿结构的安全评估

为了保证自升式平台冬季在冰区海域安全作业,应对桩腿结构在动冰载作用下的强度进行评估。应用ANSYS软件建立自升式平台和冰相互作用的仿真计算模型,实现了自升式平台结构的冰激瞬态动力分析,提出冰激动载荷下平台桩腿的静强度和疲劳强度校核的计算流程。对渤海某自升式钻井平台桩腿进行了强度校核,计算出不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。计算结果表明,该平台的桩腿在冰激动载荷下的强度满足安全要求,冬季继续在冰区海域进行钻井作业是可行的。

冰区自升式平台桩腿动强度的安全评估

应用ANSYS软件建立了自升式平台和冰相互作用的数学仿真模型,对自升式平台进行了动力分析和桩腿的极限强度和疲劳强度校核。应用本模型对渤海某自升式平台桩腿进行的强度校核和不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤实例分析表明,本文的研究结果为自升式平台冰激疲劳设计提供了一个有效的方法,并为自升式平台在冰区的使用提供了依据。

冰区自升式平台桩腿动强度的安全评估研究

应用ANSYS软件建立起自升式平台和冰相互作用的数学仿真模型,对自升式平台进行动力分析,并校核平台桩腿的极限强度和疲劳强度。方法对渤海某自升式平台桩腿进行了强度校核,计算了不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤。研究结果为自升式平台冰激疲劳设计提供了有效的方法,并为自升式平台在冰区的使用提供了依据。