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老龄化海洋平台结构系统可靠性评估方法研究

作　者: 李珊珊
导　师: 嵇春艳
学　校: 江苏科技大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 老龄化海洋平台可靠性评估腐蚀疲劳裂纹
分类号: TE951
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

世界上已建成的固定式海洋平台中近三分之一已经进入了平台结构设计使用寿命的后期。这些老龄化海洋平台长期遭受风、浪、流、海冰及地震作用的威胁,在如此恶劣的服役环境下,材料腐蚀和疲劳裂纹扩展等不利因素都将导致平台结构体系抗力的衰减,影响结构服役的安全度和耐久性。因此,对老龄化平台结构的可靠性评定问题的研究,已经迫在眉睫。本文基于结构可靠性理论,针对老龄化固定式海洋平台结构计及腐蚀、结构裂纹等主要老龄化影响因素,在极端环境载荷作用下,对平台结构体系的可靠性评估方法进行了研究,主要研究内容包括:分别采用Paris-Erdogen方程和非线性数学模型模拟结构裂纹扩展及材料腐蚀,把主要构件和关键节点处的腐蚀速度和疲劳裂纹增长率作为系统可靠性分析的随机变量,建立海洋平台结构老龄化因素的数学预报模型。采用线性波理论、Morison方程和波浪力谱分析法进行随机波浪力的数值模拟,并由每次仿真得到的极值波浪力,通过Monte-Carlo法获得其统计规律,进行极端海况下极值随机波浪力预报方法的研究。发展了一种计及腐蚀、裂纹两个随机因素影响下,平台极限承载力的不确定性分析方法,并提出了腐蚀、裂纹等损伤状态下的平台系统极限承载力计算流程,结合现有有限元软件实现程序自动化集成。通过一典型固定式平台的数值算例研究,获得了平台系统极限承载力的统计特性。给出了老龄化海洋平台结构体系动态可靠性分析方法。该方法包括海洋平台结构的瞬时可靠性和时变可靠性分析方法。通过一典型固定式平台的数值算例研究,给出平台结构在全寿命期内的可靠性指标和失效概率。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-9
第1章绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 老龄化海洋平台结构可靠性评估方法研究意义及发展  10-12
    1.2.1 老龄化海洋平台结构可靠性评估研究的意义  10
    1.2.2 老龄化海洋平台结构可靠性评估的发展现状  10-12
  1.3 结构可靠性分析理论研究和应用  12-15
    1.3.1 结构构件可靠度理论  12
    1.3.2 结构体系可靠度理论  12-15
  1.4 论文研究内容和创新点  15-17
    1.4.1 论文研究内容  15-16
    1.4.2 论文关键技术和创新点  16-17
第2章结构可靠度理论  17-33
  2.1 引言  17
  2.2 结构可靠度的基本概念  17-22
    2.2.1 极限状态  17-18
    2.2.2 极限状态函数  18-19
    2.2.3 结构的可靠度与失效概率  19-21
    2.2.4 结构的可靠性指标  21-22
  2.3 结构可靠度的计算方法  22-26
    2.3.1 一次二阶矩法  22-23
    2.3.2 改进的一次二阶矩法  23-26
    2.3.3 蒙特卡罗法  26
  2.4 结构体系可靠度的基本概念  26-29
    2.4.1 结构的失效模式  26-27
    2.4.2 基本的结构体系  27-29
  2.5 海洋平台体系可靠度的计算方法  29-32
    2.5.1 抽样统计方法  29
    2.5.2 荷载等效方法  29-30
    2.5.3 全概率方法  30-31
    2.5.4 荷载效应方法  31-32
  2.6 小结  32-33
第3章极值随机波浪力预报方法研究  33-50
  3.1 引言  33
  3.2 线性波浪理论  33-34
  3.3 随机波浪理论  34-38
    3.3.1 随机波浪波面高度的分布特性  35
    3.3.2 随机波浪的谱特性  35-38
  3.4 Morison 方程  38-40
  3.5 随机波浪力的确定  40-42
    3.5.1 广义随机波浪力的时域计算方法  40-41
    3.5.2 频域中随机波浪力谱的计算方法  41-42
  3.6 极值波浪力  42
  3.7 数值仿真算例  42-49
  3.8 小结  49-50
第4章老龄化海洋平台结构极限承载力及统计特性分析方法  50-73
  4.1 引言  50
  4.2 老龄化因素的预报模型  50-51
    4.2.1 材料腐蚀预报模型的建立  50-51
    4.2.2 疲劳裂纹预报模型的建立  51
  4.3 老龄化海洋平台极限承载力计算方法  51-61
    4.3.1 平台有限元模型的运动方程  51-52
    4.3.2 平台极限承载力计算方法  52-58
    4.3.3 材料腐蚀、疲劳裂纹对平台极限承载力的影响  58
    4.3.4 平台极限承载力统计特性分析方法  58-61
  4.4 数值算例  61-72
    4.4.1 平台概况  61-64
    4.4.2 平台极限承载力数值仿真结果  64-72
  4.5 小结  72-73
第5章老龄化海洋平台结构体系可靠性分析  73-81
  5.1 引言  73
  5.2 海洋平台结构体系极限状态方程  73
  5.3 瞬时可靠性  73-75
  5.4 时变可靠性  75-76
  5.5 数值仿真算例  76-80
    5.5.1 瞬时可靠性  76-77
    5.5.2 时变可靠性  77-78
    5.5.3 瞬时可靠性和时变可靠性结果的比较  78-80
  5.6 小结  80-81
第6章结论与展望  81-83
  6.1 完成的主要研究工作  81
  6.2 得到的主要结论  81-82
  6.3 对今后工作的展望  82-83
参考文献  83-87
攻读硕士学位期间发表的学术论文  87-88
致谢  88-89
详细摘要  89-93

老龄化海洋平台结构系统可靠性评估方法研究

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