基于随机结构的延寿服役海洋平台管节点疲劳寿命可靠度预测方法

将延寿服役平台管节点在进行疲劳寿命可靠度预测的过程中视为随机结构,基于断裂力学疲劳模型,结合随机有限元法和复合随机振动理论,提出海洋平台管节点随机结构在随机波浪作用下疲劳寿命预测方法.通过算例说明了该方法的实用性和简便性,同时计算结果证明结构随机性会对疲劳寿命可靠度预测产生较大的影响.     

基于SACS的海上风机导管架基础疲劳参数敏感性分析

采用SACS软件建立海上风机导管架基础频域疲劳分析模型，选取不同波浪谱与谱参数生成波浪荷载，选用不同S-N曲线及SCF经验公式计算导管架基础及与塔筒连接部位疲劳寿命，分析关键参数对结构热点部位疲劳寿命计算结果的影响。分析表明，S-N曲线、SCF计算方法、波浪谱、腐蚀、桩土弱化作用等因素对导管架基础管节点疲劳寿命计算结果均具有较大影响。     

基于Longuet-Higgins分布的深水立管疲劳分析

利用Longuet-Higgins分布将表征长期海况的波浪散布图分解为单个规则波的散布图,以此进行深水立管的疲劳分析,并与雨流法的计算结果进行了比较.结果表明：波浪散布图的离散应充分考虑系统响应的影响;若将波浪散布图离散得较为理想,则采用该方法计算得到的疲劳寿命将和雨流法的结果非常接近,且离散的越精细,其结果也和雨流法的越接近.该方法计算速度快、占用硬盘空间少,可用于实际工程中深水立管的疲劳分析.     

多参数耦合作用下海洋立管动力响应实验

为探究多参数耦合作用下的海洋立管动力响应,设计并开展了海洋立管动力响应模型实验。模型实验的主要研究参数分为立管设计参数与流场参数。立管参数：弹性模量,边界条件、顶张力,流场参数：流速和波浪参数（波高及周期）。综合考虑五种参数进行实验室的海洋立管模型实验,模型材料选取了铝（Al）和有机玻璃（PMMA）,分别定性的对应金属立管及纤维复合材料增强海洋立管;边界条件采用两端铰接（S-S）和铰接-固接（S-F）;顶张力选取 10N和30N;外流速采用 0.3m/s和0.7m/s;波浪考虑波浪的大小分别选择周期为1.0s波高为5cm的小波浪和周期为2.0s波高为15cm的大波浪。实验研究了立管模型在 32种不同工况参数搭配下的动力响应情况,通过对实验数据分析,得出了多参数耦合作用下各参数对海洋立管的影响效果。结果表明：立管振幅与弹性模量、约束数量以及顶张力的大小成反比,与流速及波浪大小正相关,特别是在垂直来流方向,直接影响立管是否发生明显的涡激振动。     

钢悬链式立管的浪致疲劳

为计算钢悬链式立管在波浪作用下所产生的浪致疲劳损伤,使用水动力专用软件Hydrostar对Spar平台的运动响应进行分析,获得Spar平台的运动频率响应函数;使用AN-SYS有限元分析软件对钢悬链式立管进行谐响应分析,获得立管的应力频率响应函数;采用Miner线性累积损伤理论、S-N曲线以及自编的损伤程序获得立管的浪致疲劳损伤.对一典型深海立管的计算结果表明,浪致疲劳损伤在立管的上部与平台连接区域呈应力集中现象.     

随机冰载作用下海上固定平台管节点的疲劳寿命估算

根据冰激振动理论，分析了海冰对海上钻井平台的不同破坏形式．为了解决海洋石油钢结构在低温冰载作用下的疲劳性能问题，进行了室温与低温下随机冰载作用对钢结构疲劳裂纹扩展的试验研究．根据试验结果，计算了平台管节点的疲劳累积损伤和随机冰载的等效应力，提出了综合计算等效应力幅的新方法，给出了管节点的疲劳寿命曲线及其计算参数．这种新的计算方法，考虑了冰载相对时间和相对冰厚的随机性，能提高寿命估算的精确度     

运动监测装置对柔性立管整体性能的影响

针对服务于我国南海某FPSO采油平台的9.25英寸柔性立管,根据南海海域实测的海洋环境条件,基于专业的海洋工程软件orcaflex,对该柔性立管进行了整体性能有限元计算,分析了不同波浪方向下,立管运动监测装置质量以及安装位置对立管整体性能的影响。结果表明,波浪方向、立管运动监测装置的质量及其安装位置对立管的整体性能均具有一定的影响,其中,波浪方向主要对立管最大张力值影响较大,而立管运动监测装置的质量及安装位置对立管最小曲率半径和最大张力值影响均比较明显。     

海洋钢悬链线立管振动响应与疲劳预测

涡激振动是引发立管疲劳损伤的关键诱因之一。基于Van Der Pol尾流振子方程，研究了不同长度两端铰接的钢悬链线立管在相同来流流量不同剖面剪切来流作用下的涡激振动响应。采用二阶中心差分法对时域和空间域的耦合方程组进行了求解，并采用雨流计数法对立管的疲劳寿命进行了预测。结果表明，立管振动沿轴向传播呈驻波和行波的混合模式，随立管长度的增加，振动响应由驻波主导转变为行波主导。受剪切来流剖面的影响，立管振动响应呈现多频特性，行波自立管的顶部向底部传播，且其传播速率随来流剪切程度及立管长度而变化。随剪切程度的增强，立管从流体中获得的能量减少，能耗增加，振动位移减少。相同来流剖面时，随着水深的增加，立管疲劳损伤增加；而水深相同时，随来流剪切程度的增加，疲劳损伤逐渐增大。     

计算管节点疲劳寿命的AVS模型

海洋平台中管节点疲劳寿命的评价方法通常采用的是S-N曲线法。这种方法认为节点的疲劳寿命是由热点应力幅值范围确定的。由于不同载荷类型作用下管节点可能具有相同的热点应力大小,而沿着焊缝周围的应力分布却并不一定相同,这种基于应力分布的不同会造成节点疲劳寿命上的差异。管节点在不同类型的载荷作用下焊缝周围应力分布情况可以用一个参数描述,即平均应力（Average Stress简称AVS）。考虑AVS对管节点疲劳寿命影响的分析方法通常称为AVS模型分析法。本文综合介绍了目前采用的几种AVS模型及其适用性。     

深水钻井隔水管时域随机波激疲劳分析

确定深水钻井隔水管时域随机动态分析和疲劳计算方法,采用第三代波浪模式WAVEWATCH计算中国南海波浪谱,并与相应的P-M谱、JONSWAP谱进行比较;开展不同边界条件下的隔水管波激疲劳分析,研究边界条件对隔水管波激疲劳寿命的影响;计算不同边界条件下隔水管疲劳损伤变异系数与分析时长的关系,确定不同边界条件下隔水管波激疲劳分析的最低时长;最后以中国南海某油井为例计算隔水管时域随机波激疲劳寿命。结果表明:南海海域波浪谱的谱峰值和谱形状都与JONSWAP谱较接近,建议选用JONSWAP谱;边界条件对隔水管波激疲劳寿命影响较大,疲劳分析时应考虑钻井船的慢漂运动;随着分析时长的增大,隔水管疲劳损伤变异系数呈指数式减小,考虑钻井船的慢漂运动后大大增加了分析时长。     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合振动分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,最后提出了立管减振措施。结果表明:立管变形最大处发生在立管中间处,最大应力发生在立管的入口和出口处附件的上下部;双向耦合作用下立管最大等效应力和最大变形量均小于单向耦合;随着立管约束数量的增加,立管的变形量和等效应力变小;随气相速度增大时,立管位移减小,相反,随液相流速的增加,立管位移增大,随截面含气率的减小,立管位移增大。分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义。     

随机冰载下海上固定平台管节点的疲劳寿命估算

根据冰激振动理论，分析了海冰对海上钻井平台的不同破坏形式，为了解决海洋石油钢结构在低温冰载作用下的疲劳性能问题，进行了室温与低温下随机冰载作用对钢结构疲劳裂纹扩展的试验研究。根据试验结果，计算了平台管节点的疲劳累积损伤和随机冰载的等效应力，提出了综合计算等效应力幅的新方法，给出了管节点的疲劳寿命曲线及基储算参数。     

基于流固耦合作用的纤维增强复合材料海洋立管 涡激振动的三维计算流体动力学模拟

对正交式纤维增强复合材料海洋立管、优化后的纤维增强复合材料海洋立管和金属海洋立管进行基于流固耦合作用的三维计算流体动力学涡激振动模拟,探索不同材料的海洋立管的涡激振动特征;通过等效弹性模量法及层状结构法分别构建3种整体模型,通过System coupling模块与Fluent软件模拟所得的流场结果进行交互,以实现二者之间的耦合作用,并对比不同建模方式及不同种类立管在涡激振动作用下立管位移和应力响应的影响。结果表明:不同建模方式所得的涡激振动特征相近;结构的构造不同使得优化后的纤维增强复合材料海洋立管的位移及应力响应均大于正交式纤维复合材料海洋立管的;在涡激振动作用下,纤维增强复合材料海洋立管的振动幅值大于金属海洋立管的,其应力幅值小于金属海洋立管的,并且二者的变形与应力分布特征也显著不同,与不同种类海洋立管的几何构造尺寸、弹性模量、顶张力、支撑条件等有关。     

无约束层激光冲击薄板的疲劳寿命

探讨激光冲击对无约束层铝合金薄板试样疲劳寿命的影响。结果表明 ,无约束层磷化薄板试样冲击后的疲劳寿命与未磷化未冲击处理的比较 ,寿命提高 62 .8% ;与有约束层经磷化冲击处理的比较 ,寿命也提高51 .2 %。说明在本试验条件下 ,激光冲击处理用于提高材料疲劳寿命 ,无需在冲击部位表面覆盖约束层     

基于改进响应面法的立管疲劳可靠性计算

基于现代断裂力学方法建立立管疲劳失效的极限状态函数.应用经典响应面法求解可靠性指标时,发现迭代过程会出现混沌或数值振荡现象.为避免可靠性指标计算过程中不收敛问题,引入混沌控制方法改进算法.研究表明改进的响应面法具有较好的适用性和收敛性.基于改进的响应面法重新计算立管的疲劳可靠性指标,有效解决了迭代不收敛问题,且计算结果具有较高精度.在此基础上,分析了随机变量变异系数对立管疲劳可靠性的影响.计算结果显示立管疲劳可靠性随随机变量变异系数的增大而减小,并且随机变量B变异系数对立管疲劳可靠性的影响最大.     

极端海况下海洋立管的动态可靠性分析

运用ANSYS有限元模拟软件,以一海洋立管为模型,采用Morison方程结合Stokes五阶波理论计算波浪力。研究了海洋立管在波浪、海流载荷同时作用下的动力可靠性。利用格拉马-沙尔勒叶级数拟合法分别对海洋立管在三种极端海况下最大米塞斯等效应力响应的分布密度函数进行求解,获得其概率密度分布模型。利用数值积分,采用应力-强度模型计算海洋立管的动态可靠度。分析结果表明:当海况严峻程度增大时,结构的最大米塞斯等效应力随之增大,海洋立管的动态可靠度随之减小,失效概率随之增大。研究结果可以为极端海况下海洋立管的可靠性评估和安全开发提供了一定的理论依据和重要的参考价值。     

长管拖车天然气瓶疲劳寿命分析

长管拖车天然气瓶在内压变化及道路运输造成的惯性载荷作用下,存在疲劳失效风险。为了明确在交变载荷作用下气瓶的安全状态,以目前广泛采用的长管拖车天然气瓶为模型,针对内压和惯性载荷作用下的长管拖车气瓶进行了疲劳分析。采用ANSYS Workbench进行模拟,得到了不同载荷条件下气瓶的疲劳寿命分布情况。分析结果表明,在内压作用下,气瓶处于有限疲劳寿命状态,但能够满足要求;当惯性载荷超过一定数值时,长管拖车气瓶处于有限寿命状态,不满足强度要求,因此要控制其受到的惯性载荷。     

近海风电机组单桩式支撑结构疲劳分析

用WAsP分析风场数据得到风速的分布情况,统计各工况的风、浪、流等环境参数.基于支撑结构所受的疲劳载荷,用ABAQUS对结构建模并通过振型叠加法求出应力响应的时间历程.根据S-N曲线、雨流计数法以及线性累积损伤理论,用Fe-safe计算出支撑结构的疲劳寿命并分析各种载荷对结构疲劳寿命的影响.结果表明：支撑结构的疲劳寿命满足要求;风机载荷是结构疲劳的主要影响因素,合理的发电机控制策略有助于提高结构的疲劳寿命.以风向和10 min平均风速为依据划分工况的方法可为海上风力发电结构的疲劳分析提供参考.     

海洋立管风险因素敏感性分析

分析海洋立管运行的众多风险因素,建立海洋立管风险因素层次结构模型,采用改进的模糊层次分析法得出风险因素权重定量结果,分析海洋立管风险因素的敏感性强弱,识别出影响海洋立管运行的主要因素,其中第三方破坏权重最大,在立管风险增加或减少方面起的作用最大,对立管正常运行影响最大敏感性最强.     

水-温作用下沥青混合料疲劳性能分析

针对我国南方湿热多雨的气候条件,采用冻融循环的试验方法模拟湿热地区沥青混合料的水-温作用,通过CRT-NUl4气动伺服沥青材料试验机对高速公路沥青路面下面层常用AC-25沥青混合料进行间接拉伸疲劳试验,得到不同水-温条件下的疲劳曲线和疲劳方程,并从疲劳寿命、力学性能、疲劳特征参数和疲劳破坏特征4个方面分析水-温作用下沥青混合料的疲劳规律.研究结果表明:不同水-温条件下沥青混合料的应力与疲劳寿命在双对数坐标中均呈良好的线性关系,可为沥青路面疲劳寿命预估提供依据;水作用和温度升高对沥青混凝土的疲劳寿命和力学性能影响显著,可使混合料的抗疲劳特性大幅衰减;水-温作用下试件疲劳破坏表现为剪切和劈裂联合作用形式,证明用冻融循环处理条件模拟沥青混凝土处于水-温作用的合理性.