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导管架平台的疲劳可靠性分析

作　者: 芦颖
导　师: 马骏
学　校: 大连理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 导管架平台动态分析疲劳可靠性热点应力时程曲线失效模式分枝—约界法系统可靠性
分类号: TE952
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 219次
引　用: 1次
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内容摘要

随着我国经济的飞速发展,能源的需求量也越来越大,加速我国海上油气资源开发是当务之急。海洋导管架平台作为目前海上石油开发普遍采用的结构形式,在随机波浪荷载作用下会产生累积疲劳损伤,严重的会发生疲劳破坏,造成严重的后果。因此,对海洋平台的疲劳可靠性评估是海洋平台设计中的重要一环。由于不可避免地存在着结构的不连续性和加工、焊接的缺陷,在海洋平台管节点附近有很高的应力集中,高应力的管节点在交变应力作用下很容易发生疲劳破坏。因此,对管节点进行可靠性分析是当前海洋结构基本性能研究的主要方向,也是保证平台结构安全的重要问题。基于可靠度的思想进行结构设计和评价是近几十年来结构工程中的一大进步。目前,结构构件可靠性理论己经发展得很成熟,并成功的应用于工程领域。然而对于一个复杂的结构系统,仅仅用构件的可靠度来评价整个结构体系的可靠性状态显然是不够科学的,如何对结构体系进行可靠度分析成为近年来可靠度研究的一个热点。本文结合工程实例,研究分析了在随机波浪荷载作用下海洋导管架平台疲劳可靠性。首先,论述了局部模型的建模分析方法,结合海洋平台的整体模型与局部模型,应用APDL编程实现波浪的搜索功能,并把搜索结果加入参数组,完成波浪载荷的计算,并得出最大波浪力和相应的波峰相位角。然后对平台进行动力分析,用有限元法求出热点的应力集中系数。其次,根据热点应力集中系数,运用瞬态动力分析,将节点的名义应力时间历程响应转化为热点应力时间历程响应,并运用雨流计数法统计出热点应力时间历程响应中的等效应力循环。再次,选择S-N曲线估算管节点的疲劳寿命。利用一次二阶矩法,考察结构构件的可靠性,找出结构的最薄弱环节,然用寻求结构体系的主要失效模式。最后运用系统可靠性评价方法:利用分枝-约界法对导管架海洋平台系统可靠性做出评价,结果证明,本文关于海洋平台疲劳可靠性的评估方法对工实际工程应用有一定的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景及意义  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
  1.3 本文主要研究内容  14-15
2 基于ANSYS的导管架平台结构载荷分析  15-28
  2.1 概述  15
  2.2 ANSYS简介及单元特性  15-20
    2.2.1 ANSYS的组成  15
    2.2.2 ANSYS的分析过程  15-17
    2.2.3 PIPE59单元特性  17-20
  2.3 波浪载荷基本理论  20-26
    2.3.1 确定性的波浪理论  21-25
    2.3.2 随机波浪的概率特性  25-26
  2.4 波浪力  26-27
  2.5 波浪搜索  27-28
3 导管架平台的动力分析  28-30
  3.1 导管架平台的自振特性分析  28-29
  3.2 瞬态动力分析  29-30
4 导管架平台管节点的疲劳可靠性分析  30-41
  4.1 热点位置的确定  30-31
  4.2 应力集中系数SCF  31
  4.3 结构可靠性理论  31-34
    4.3.1 结构的极限状态和结构功能函数  31-32
    4.3.2 结构的失效概率和可靠指标  32-34
  4.4 结构可靠度计算方法  34-35
  4.5 导管架管节点的疲劳可靠性  35-41
    4.5.1 疲劳寿命的理论分布模型  35-37
    4.5.2 S-N曲线模型  37-38
    4.5.3 管节点疲劳可靠度  38-41
5 导管架平台系统的疲劳可靠性分析  41-46
  5.1 失效模式的确定  41-44
    5.1.1 分枝限界法  41-43
    5.1.2 提高分枝限界法识别主要失效模式效率的方法  43-44
  5.2 结构系统的疲劳可靠性  44-46
6 算例  46-64
  6.1 导管架平台简介  46-47
  6.2 波浪载荷计算  47-50
  6.3 模态分析  50-51
  6.4 瞬态动力分析  51-55
    6.4.1 有限元热点应力  51-54
    6.4.2 动力计算结果  54-55
  6.5 导管架平台系统疲劳可靠性分析  55-64
结论  64-66
参考文献  66-67
附录A 附录内容名称  67-82
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  82-83
致谢  83-84

导管架平台的疲劳可靠性分析

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