SPAR平臺(tái)系泊纜疲勞壽命評(píng)估方法研究.pdf

1、深海石油開發(fā)的關(guān)鍵裝備之一是SPAR平臺(tái)，而系泊系統(tǒng)的纜索是平臺(tái)的重要部件。本文研究深海SPAR平臺(tái)系泊纜繩的疲勞壽命評(píng)估方法，首次將隨機(jī)動(dòng)力響應(yīng)譜分析的理論應(yīng)用其中，對(duì)深海SPAR平臺(tái)的系纜的疲勞壽命評(píng)估方法進(jìn)行了探索性的研究，這些工作可為深海系纜設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，同時(shí)對(duì)確保平臺(tái)安全和促進(jìn)我國深海平臺(tái)理論和技術(shù)的進(jìn)步，具有較重要的意義。 本文綜述了疲勞分析的相關(guān)理論，以及海洋工程結(jié)構(gòu)的疲勞壽命評(píng)估方法，分析說明了國內(nèi)外海洋平臺(tái)

2、結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)估研究現(xiàn)狀以及深海系纜的研究現(xiàn)狀。 鑒于目前我國南海海域(S7)油氣資源開發(fā)的特點(diǎn)，采用挪威船級(jí)社(DNV)SESAM軟件，建立了傳統(tǒng)單柱式SPAR平臺(tái)的簡(jiǎn)化的有限元結(jié)構(gòu)模型，水動(dòng)力模型，面板模型，利用三維繞射理論計(jì)算了平臺(tái)主體波浪力，對(duì)平臺(tái)總體運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)其系纜進(jìn)行極限動(dòng)力響應(yīng)研究，在頻域內(nèi)得出了SPAR平臺(tái)系纜張力和應(yīng)力的傳遞函數(shù)曲線，同時(shí)對(duì)系纜進(jìn)行了短期和長期預(yù)報(bào)，得到極限工況下的系索張

3、力。 在此系纜頻域響應(yīng)譜分析的基礎(chǔ)上，分別用S-N曲線方法和斷裂力學(xué)方法對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行疲勞壽命的評(píng)估和可靠性分析，假設(shè)波浪載荷的長期分布是由k個(gè)短期海況組成，且每一海況中的應(yīng)力范圍的短期分布服從Rayleigh分布。利用系纜的應(yīng)力傳遞函數(shù)得到每個(gè)短期海況的應(yīng)力譜。然后，采用Miner線性累積損傷模型，對(duì)系纜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了疲勞可靠性分析，并進(jìn)行了雨流修正。同時(shí)于各大船級(jí)社規(guī)范里疲勞壽命評(píng)估的方法相對(duì)比。建立了疲勞裂紋擴(kuò)展隨機(jī)變量模型，

4、利用Paris公式對(duì)系纜結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞可靠性研究。編制了疲勞分析的相關(guān)程序，以南海(S7)海域的海況下平臺(tái)的系泊纜為例，計(jì)算得到了平臺(tái)系纜完整結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞的疲勞壽命，以及得到初始裂紋發(fā)展到系纜結(jié)構(gòu)損壞時(shí)的疲勞壽命，綜合評(píng)估了系纜的疲勞壽命。 本文研究表明，將隨機(jī)動(dòng)力響應(yīng)譜理論應(yīng)用于SPAR平臺(tái)系纜結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠性分析評(píng)估當(dāng)中是可行的。綜合時(shí)域和頻域法的優(yōu)勢(shì)，考慮系纜的非線性因素，能夠更有效率、準(zhǔn)確地得到系纜結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。在后