渤海平台构件疲劳分析的新方法

我国渤海的海冰对海上结构物的作用力,较波浪力尤为重要.海冰作用下,平台管节点构件承受的应力与海冰的破坏形式密切相关.海冰的破坏形式主要有挤压、屈曲、弯曲等.过去在计算应力时,只是按照一种破坏形式;本文综合起来考虑几种破坏形式并存.现有规范中,未给出低温冰载荷作用下的海洋结构用钢的疲劳寿命曲线,本文根据石油大学进行低温随机冰载作用下疲劳裂纹扩展试验的结果,给出了疲劳寿命曲线及其参数.在上述基础上,文章提出了管节点疲劳寿命计算的一种新方法.     

冰区海上平台管节点疲劳寿命计算的新方法

我国渤海湾的海冰对海上结构物的作用，较波浪的作用尤为重要。海冰作用于近海平台管节点承受的最大应力与海冰的破裂形式密切相关。海冰的破坏形式主要有：挤压、屈曲、弯曲等，过去在计算应力时，只是按照一种破裂形式，本文综合起来同时考虑几种破裂形式。现有规范中，未给出低温冰载荷作用下的海洋结构用钢的疲劳寿命曲线，本文根据石油大学进行低温随机冰载作用下疲劳裂纹扩展试验的结果，给出了疲劳寿命曲线及其参数。文章在产     

渤海石油钢结构的疲劳寿命预测

我国渤海属于冰区，海冰与海上结构物相互作用，将产生冰激振动，冰激振动的动力响应远较波浪为甚，冰激振动引起的结构物疲劳失效，将给渤海石油钢结构带来严重危害，因此，对于渤海石油专用钢结构，进行低温随机冰载作用下的疲劳寿命预测十分必要的，现文提出了疲劳环境，疲劳工况及疲劳工况３个新概念，并结合渤海特点，对它们给出了定量描述，进而提出了随机冰载作用下疲劳等效应力幅的计算公式，给出了预测疲劳寿命的新方法。     

板结点结构疲劳寿命模糊评判

针对动态载荷作用，对板结点结构进行了有限元分析，得到容易产生疲劳破坏的结构危险点和应力幅值，根据疲劳和模糊的理论，用S－N曲线和模糊综合评判的方法对构件的疲劳寿命进行了估算，不但考虑了随机性对疲劳寿命的影响，而且考虑了模糊对疲劳寿命的影响，使板结点结构疲劳寿命预测结果更加接近实际，还给出了海洋钢结构中典型板结点在动态载荷作用下的疲劳寿命模糊评判。     

基于ANSYS的平台波流载荷下动力分析及疲劳分析

介绍了使用ANSYS有限元软件对平台结构进行静力分析、动力分析和疲劳分析的方法。应用ANSYS软件可以直接对波流载荷作用下的平台进行有限元分析，而且建模简单、计算精度高，可以方便地考虑载荷的随机性。根据ANSYS计算得到的应力，应用管节点的热点应力公式得到平台构件实际的疲劳应力，并使用S-N曲线法计算平台构件的疲劳损伤。对实际的平台进行数值计算，计算出的平台位移最大值和响应周期与现场实际测量值基本一致，这说明计算方法和数学模型是正确的。ANSYS有限元软件可以方便地计算平台结构在波浪、海流载荷下的动力响应和疲劳寿命，是进行平台设计和校核的有效工具。     

压力容器的概率局部应力应变疲劳分析’

压力容器构件的不确定因素造成了构件局部应力应变响应和疲劳寿命具有随机性。将循环迟滞回线和应变寿命曲线表示为概率曲线,并考虑累积损伤的随机性,反映了构件的不确定性。使用Taylor多项式计算局部应力应变的均值和方差,求出了构件疲劳萌生寿命的均值和方差。计算了一定可靠性下的疲劳萌生寿命,得出了在一定使用寿命时结构的可靠度曲线。算例表明,它可用于疲劳寿命的可靠性估算,具有工程意义。     

低温环境下海洋平台管节点的断裂力学分析

从冬季导管架海洋平台服役的工程实际出发 ,分析研究了管节点的低温疲劳裂纹扩展速率 ,给出了管节点表面裂纹扩展的主要控制变量应力强度因子的计算公式。经过对比和计算 ,得出了在 -2 5℃低温环境下管节点da/dN -ΔK关系式中材料参数c和m的具体值 ,为冬季海洋平台管节点剩余疲劳寿命的估算和安全性评估提供了依据。     

系泊导管架管节点低温疲劳评估

在低温及环境载荷的综合作用下,极地作业的系泊导管架管节点焊接结构极易发生疲劳破坏,因此加强管节点低温疲劳特性研究具有重要意义。通过有限元软件对系泊导管架进行整体强度分析,并基于结构应力法和组合谱分析方法对飞溅区管节点进行疲劳评估。研究结果表明:在100 a重现期海况下,飞溅区管节点为系泊导管架的危险节点;在室温至-60℃范围,随着温度降低,420 MPa结构钢管节点焊缝疲劳性能有所提升;采用常规主S-N曲线进行低温焊缝疲劳评估存在一定误差; 420 MPa船用钢在低温下具有良好的疲劳性能,可以应用于极地地区海洋结构物建造,同时结构应力法可用于低温焊接结构疲劳强度评估。研究结果可为海洋工程结构的安全评价提供参考。     

采油平台桩腿的疲劳与腐蚀损伤和寿命预测

介绍了在海上腐蚀环境中的疲劳寿命试验，给出了试验得出的S－N曲线及da/dN-ΔK曲线，得出了服役海上平台桩腿的疲劳损伤计算方法。考虑了海水中的均匀腐蚀损伤及点蚀损伤，给出了这些腐蚀损伤的计算方法。根据疲劳与腐蚀损伤的综合评价，给出了桩腿寿命的预测方法。通过报废平台构件的材料强度试验，给出了平台桩腿材料机械性能的损伤分析。     

注水油管成组多级疲劳可靠性寿命试验研究

针对机采油井油管经常发生疲劳破坏的问题,加工了J55油管疲劳试件,采用成组多级疲劳试验法,获得了J55油管高周疲劳分组试验数据。通过疲劳寿命的参数估计和分布类型检验,获得了J55油管在不同轴向应力水平下的疲劳寿命、分布规律和P-S—N曲线。结果显示,J55油管的疲劳寿命服从对数正态分布,其SN曲线服从一般金属的疲劳SN曲线形式;在疲劳寿命一定时,欲获得较高的可靠性,需大幅度降低油管的疲劳应力。     

基于实测应变的现役导管架平台疲劳损伤分析

为评估导管架平台剩余疲劳寿命,以南海某现役导管架平台为研究对象,利用电阻应变传感器对结构高应力区进行应力监测,获取测点处应力时程数据,将其乘以应力集中因数可得到节点的热点应力时程数据。采用雨流计数法获得疲劳应力循环幅值和相应循环次数。参照 DNV推荐的管节点S-N曲线,基于Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤准则,得到热点处的疲劳损伤度,并结合海上实测的时间长度,预测导管架平台的疲劳寿命。由结果可知,评价节点的疲劳强度能够满足平台安全性能要求,且基于监测数据的预测寿命低于设计海况下的寿命。     

海上风机整体耦合疲劳分析影响参数

利用Python语言开发管节点热点应力集中因子（Stress Concentration Factor,SCF）计算模块、管节点疲劳应力时程计算模块,提出基于整体耦合模型的海上风机疲劳分析方法。以基于NREL 5 MW基础风机与NREL OC4导管架基础结构设计的样本风机为研究对象,开展典型疲劳工况下海上风机整体结构的动力反应分析。基于整体耦合疲劳分析方法,揭示耦合数值仿真模型非稳态初始反应、随机种子以及不同方向风浪作用下环境载荷耦合效应对管节点的疲劳累积损伤的影响,验证了将耦合数值仿真模型应用于海上风机结构疲劳计算的必要性。     

腐蚀条件下平台桩腿疲劳损伤寿命的预测

介绍了在海水腐蚀环境中海上平台桩腿的疲劳寿命试验 ,得出了桩腿腐蚀试样及光滑试样的S -N曲线及da/dN -ΔK曲线 ,得到了服役海上平台桩腿的疲劳损伤计算方法。考虑了海水中的均匀腐蚀损伤及点蚀损伤 ,给出了这些腐蚀损伤的计算方法。根据疲劳与腐蚀两类损伤的综合评价 ,给出了桩腿实际寿命的预测方法。这种预测方法对在役海上平台的安全可靠性评估具有实际参考价值     

钻杆接头多轴疲劳寿命

在实际钻井过程中,钻杆接头以螺纹连接处的疲劳破坏为主,导致钻井成本显著增加。现有对钻杆接头的研究主要集中于钻杆接头的静力学特性分析,少有涉及钻杆接头的疲劳破坏的研究。基于虚功原理、Von Mises屈服准则及接触非线性理论,考虑螺纹升角的影响,建立了钻杆接头的三维有限元计算模型,分析了钻杆接头的上扣特性及其在复合载荷作用下的力学特性。基于材料S-N曲线,综合考虑尺寸系数、应力集中系数、表面加工系数及表面强化系数的影响,确定了钻杆接头的弯曲疲劳S-N曲线理论模型,通过对比验证建立了满足工程要求的钻杆接头疲劳有限元计算模型。运用多轴疲劳算法,计算了钻杆接头在复合交变载荷下的疲劳寿命,分析了残余应力和表面质量对疲劳寿命的影响。研究结果表明,在上扣扭矩或复合载荷作用下,钻杆接头最大Mises应力均出现在公扣第1有效啮合螺纹牙根处;弯曲井段API钻杆接头的疲劳寿命较小,建议开发适合超深井、水平井、大位移井及大斜度井的专用钻杆接头;残余应力与表面质量对钻杆接头的疲劳寿命影响较大,在钻杆接头螺纹根部引入可控的残余压应力和改善表面质量可以大幅提高其疲劳寿命。     

冰区海洋平台疲劳可靠性评估方法的研究

给出了在随机波浪载荷和冰载荷作用下平台构件疲劳损伤的一种计算方法,并利用该方法分析了平台单个构件和平台整体的疲劳可靠性.用指数函数对波浪和海冰作用下平台构件的疲劳应力、应力循环次数和环境参数的关系进行了拟合,拟合精度很好.根据拟合的指数函数,并基于S-N曲线和Miner线性累积疲劳损伤理论,推导出构件疲劳损伤的计算公式,使构件疲劳损伤的计算过程得到很大简化.在此基础上给出了单个构件的疲劳可靠性计算公式,提出了平台整体疲劳失效的简化判断依据和平台关键失效模式的确定方法,并给出了平台整体失效概率的计算方法.计算实例表明,该方法简单可靠,可以有效地用于工程实际.     

Truss SPAR 平台桁架的疲劳分析方法

根据SPAR平台的柱状特点,从线性系统运动方程出发,推导了SPAR平台的垂荡响应函数,选择P-M波浪谱,得出垂荡响应谱,由垂荡响应谱得出作用于桁架的疲劳载荷谱。通过细化有限元网格计算热点应力,采用Goodman公式修正应力幅值,基于规范的S-N曲线计算了管节点的疲劳寿命。     

随机海浪作用下半潜式平台立柱的腐蚀疲劳问题的研究

大型海上结构物在海水腐蚀环境下同时受到随机海浪力的作用,其腐蚀疲劳损伤规律究竟如何?在这种环境下如何计算结构物的寿命?这将是本文讨论的中心。文中从随机海浪基本理论,半潜式平台立柱的承载和应力分析,腐蚀疲劳寿命的计算及其实验三方面去描述它的腐蚀疲劳规律。作者在这三方面都提出了若干独特的计算分析方法。     

深水多跨海底悬空管道的疲劳分析

介绍基于疲劳分析准则的多跨海管自由悬跨评估方法,采用有限元分析软件Abaqus,结合管-土相互作用参数,建立多跨海管数值计算模型,提出悬空管道模态分析方法,并基于Palmgren-Miner线性损伤累积理论及采用S-N曲线,给出管道疲劳寿命的计算过程。通过工程实例,计算获得多跨海管的自振频率及应力幅值,完成多跨海管的疲劳寿命计算与分析,为工程设计起到一定的指导作用。     

管道含外表面裂纹时的疲劳寿命预测研究

为有效预测含外表面裂纹管道的疲劳裂纹扩展寿命,基于扩展有限元方法,计算了不同管道半径厚度比、裂纹形状参数、裂纹相对深度下的管道外表面裂纹的应力强度因子。研究结果表明:管道外表面裂纹形状因子随裂纹相对深度的增加而增大,且随着裂纹形状参数的增大,其增加趋势更加显著;裂纹相对深度相同时,裂纹形状参数越大,裂纹形状因子越大;管道半径厚度比对管道外表面半椭圆裂纹形状因子的影响较小。在此基础上,建立了管道外表面裂纹应力强度因子的工程计算模型及基于Forman方程的含外表面裂纹管道的疲劳寿命预测模型。同时,开展了0Cr18Ni10Ti材料管道的三点弯曲疲劳试验,试验结果验证了所建含外表面裂纹管道疲劳寿命预测模型的有效性。该疲劳寿命预测模型可为管道结构工程设计提供参考。     

海洋钢结构的模糊概率断裂力学

首先介绍了按照Ｓ－Ｎ曲线方法及断裂力学方法，预测疲劳寿命的一些系数的随机性与模糊性的描述方法。给出模糊随机疲劳寿命。其交分别给出了断裂力学强度ＣＴＯＤ、ＫＩＣ以及裂纹扩展速率和裂纹尺寸的随机性与模糊性的描述方法。还就模糊随机疲劳疲损伤及强度的问题，进行了探讨。