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半潜式海洋平台结构全寿命期剩余极限强度预报方法研究

于雯  
【摘要】:半潜式海洋平台是当前应用最为广泛的浮式海洋平台类型之一。该类型平台在整个服役期内受到环境荷载、材料腐蚀、疲劳裂纹等不利因素的影响,会造成平台结构整体抗力的衰减,从而影响结构服役的安全度和耐久性。因此,为了评价半潜式海洋平台结构全寿期安全性,对平台结构的剩余强度进行研究十分重要。 本文以典型半潜式海洋平台结构为对象,首先分析了平台在危险工况下的整体强度,确定平台结构强度的薄弱构件和节点,并确定其主要失效模式,在此基础上针对关键构件和关键节点,考虑材料腐蚀和结构裂纹两种因素影响下结构剩余强度的计算方法和分析流程,本文主要研究内容包括: (1)采用设计波理论,确定目标平台波浪载荷设计值。采用ANSYS软件进行了自存工况和作业工况下8个典型危险波浪载荷条件下的典型半潜式平台整体强度分析,确定平台结构强度的薄弱构件和节点,在此基础上提取关键构件和关键节点的主要受力状态,确定其主要失效模式。 (2)分别采用Paris-Erdogen方程和线性数学模型模拟结构裂纹扩展及材料腐蚀,结合ANSYS软件,将不同服役年限的腐蚀厚度和疲劳裂纹长度作为极限强度分析的变量,建立海洋平台关键结构老龄化因素的数学预报模型。 (3)基于有限元计算方法,发展了一种分别计及腐蚀、裂纹两种因素以及两种因素联合作用下,半潜式海洋平台关键构件和关键节点剩余强度的计算方法和实现流程,并结合现有有限元软件实现程序自动化集成。通过一典型半潜式平台的数值算例研究,分别研究了裂纹损伤、腐蚀损伤在不同服役年限下对半潜式海洋平台关键构件和关键节点剩余强度的影响规律,在此基础上分析全寿期内关键构件和关键节点剩余强度随服役年限的变化规律。


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