自升式海洋平臺樁腿疲勞壽命研究.pdf

1、自升式海洋平臺其所處的工作環(huán)境極其惡劣，一旦出現(xiàn)安全性問題，往往造成巨大經濟的損失，所以很有必要對平臺進行疲勞壽命分析。本文以Super M2自升式平臺為研究對象，結合波浪理論及相關環(huán)境載荷公式對其進行靜力強度分析；然后，針對平臺樁腿薄弱處即管節(jié)點位置，分析了該管節(jié)點在軸力作用下的沿焊縫周圍的應力分布規(guī)律及其各幾何參數(shù)對應力的敏感性；最后，基于兩種疲勞理論對平臺樁腿關鍵點進行平臺的疲勞壽命分析并對其結果進行對比討論。其具體的研究內容如下

2、：
　　(1)本文以Super M2自升式平臺為研究對象，探討了相關疲勞理論及環(huán)境載荷理論。通過合理的簡化建立了平臺的有限元模型，其中采用彈簧單元模擬平臺與樁腿之間的連接關系，通過在定義的質量點上施加重力場的方式來模擬平臺重物的分布。另外，考慮到樁靴與土壤連接的復雜性，采用Abaqus中有的線彈性模型進行處理，從而提高了自升式平臺模擬分析的準確度。
　　(2)設置合理的環(huán)境變量，采用斯托克斯5階波波浪理論及Morision公

3、式，并且考慮了波浪的動壓力與靜水壓力所造成的浮力效應，分析計算了自升式平臺在預壓和風暴自存工況下的應力分布情況。并依據CCS規(guī)范進行強度校核，結果滿足強度要求。
　　(3)針對平臺樁腿薄弱處即管節(jié)點位置，分析了該處在軸力作用下的沿焊縫周圍的應力分布規(guī)律。然后結合正交試驗理論，分析了管節(jié)點各幾何參數(shù)對其應力影響的敏感性。
　　(4)采用譜分析法對平臺關鍵節(jié)點剩余壽命進行疲勞壽命分析，首先利用 stokes fifth-orde

4、r波浪理論來分析計算了不同浪向角及波浪頻率下典型節(jié)點的熱點應力傳遞函數(shù)，再結合中國南海波浪散布圖以及疲勞理論，完成對樁腿各典型節(jié)點的疲勞強度評估。得出樁腿疲勞壽命為41.3年，其位于水面附近即為樁腿的飛濺區(qū)。
　　(5)對裂紋尖端進行數(shù)值模擬分析，得出了其附近的應力場和位移場的分布情況。依據ABS設計規(guī)范，基于斷裂力學對海洋平臺樁腿危險點進行疲勞壽命計算，最終獲得樁腿的使用壽命為33.2年，滿足平臺服役年限的要求。相比S-N曲線的