海上固定式导管架平台疲劳寿命评估及程序系统ξ.pdfVIP

第 14 卷第 3 期 计 算 力 学 学 报 V o l. 14 N o. 3 1997 年 8 月 CH IN ESE JOU RNAL O F COM PU TA T IONAL M ECHAN ICS A ugust 1997 海上固定式导管架平台 疲劳寿命评估及程序系统 柳春图　王维明　丁克勤 ( 中国科学院力学研究所, 北京, 100080) 摘　要　本文使用疲劳分析与断裂力学结合的方法, 对海上固定式导管架平台结构的疲劳裂纹, 从 形成到扩展至其损伤容限或贯穿管壁厚的整个过程, 进行了分析评估。在 486 微机上构造了一个计算 机分析程序系统( ) , 该系统除了具有通常的平台静、动强度计算外, 可对平台的疲劳寿命、剩 A SFPO S 余寿命进行计算。当与平台在线裂纹监测系统组合后, 可实施对平台结构剩余服役寿命的适时预报。 作为一个评估实例, 对某一固定式导管架平台进行了分析评估, 给出了结构的疲劳寿命。 关键词　固定式导管架平台; 疲劳寿命评估; 疲劳分析; 断裂力学; 程序系统 分类号　 674, 381; 319 U T P 0　引　　言 海上固定式导管架平台由一系列的空间导管架焊接组成, 其管节点是结构的主要构件, 几 何形状复杂, 且由于焊接工艺的影响, 有残余应力存在及焊缝和热影响区内的夹渣、裂纹等缺 陷, 致使局部应力集中严重, 常常成为固定式导管架平台结构疲劳失效源。因此, 对管节点的疲 劳研究成为海洋平台断裂研究的重要内容, 引起了各个国家的普遍重视。作者结合在海洋工程 结构方面近十年的理论和应用研究经验, 参考了国内外海洋结构设计规范, 将疲劳分析与断裂 力学结合, 建立了一套适用于海上固定式导管架平台结构强度分析及疲劳寿命预测的计算机 程序系统, 并已应用于实际平台的分析评估, 表明了程序系统的有效性。 1　固定式导管架平台结构的疲劳寿命评估方法 11　波浪等环境载荷的计算 海洋平台环境载荷包括波浪、海流、风载以及冰载等, 其中对疲劳强度起主要作用的是波 浪载荷。 通过对特定海域的实地观测, 并经观测数据的统计处理, 获得该海域的波浪谱。依据A iry 波理论或 Stokes 五阶波理论, 计算波浪对结构的作用力。使用M o rrison 方程计算波浪力: 1 dF = 2 Cd D U U ds + Cm A U ds 式中　 dF 为作用在某一导管微元 ds 上的波浪力, 是海水密度, U 是水质点瞬时法向速度, U 是水质点瞬时法向加速度,D 为导管外径,A 为导管横断面积, Cd 和Cm 分别为阻力系数和惯性 收稿日期: 柳春图, 男, 1935 年生, 研究生 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 3 期　　　　　　　柳春图等: 海上固定式导管架平台疲劳寿命评估及程序系统　　　　　　 343