自升式海洋平台固桩架结构的疲劳分析

摘要

海洋平台结构在服役期间要承受很复杂的载荷，自升式海洋平台的升降装置既需要在升降状态下完成桩腿及平台本体的升降，又需要在正常工作状态和风暴自存状态下支撑平台及相关设备，往往承受着高频率的交变载荷。固桩架是自升式移动平台升降系统的一个重要组成部分，它作为连接桩腿与平台主体的主要结构，在平台的各种作业状态下均起到传递荷载的作用。所以，在高达数千吨的水平荷载和垂直荷载的共同作用下，固桩架结构出现疲劳失效的可能性较大，必须对其进行疲劳强度校核。
　　 首先，建立了某300英尺自升式海洋平台中的固桩架结构有限元分析模型，并对其进行了最大设计载荷下的静强度分析，根据结构强度和规范要求校核其静强度。
　　 然后，根据海洋平台升降装置固桩架的工作状况，对其进行了瞬态动力分析，可以得到平台固桩架的应力一时间响应，从而确定固桩架的危险点，以及危险点的应力一时间响应历程。
　　 最后，在平台固桩架进行动力分析的基础上，通过对平台升降装置上危险点的响应历程进行分析和处理，以nSoft疲劳分析理论为基础，运用计算机模拟试验法，估计固桩架构件的S-N曲线；在固桩架工作的时间历程里，确定载荷谱块，估算固桩架结构的疲劳损伤和疲劳寿命。
　　 本文提出的结构疲劳分析方法实用，简便，对海洋平台的结构设计和安全评估具有一定的实际参考意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1选题背景

1.2 自升式海洋洋平台与固桩架简介

1.2.1自升式海洋平台结构

1.2.2升降装置与固桩架

1.3海洋平台结构相关的研究现状

1.4论文研究意义及内容

2海洋平台结构的疲劳损伤机理

2.1概述

2.2结构疲劳的基本概念

2.3疲劳分析的基本原理

2.3.1疲劳累积损伤理论

2.3.2疲劳裂纹扩展理论

3海洋平台升降装置的固桩架结构三维有限元模型的建立

3.1有限元法及ANSYS有限元分析软件

3.1.1 ANSYS的基本功能及主要特点

3.1.2参数化设计语言APDL的介绍

3.2固桩架结构模型的建立

3.2.1 固桩架的结构模型概述

3.2.3固桩架的建模与分网

3.2.3固桩架作业工况与最大设计载荷

3.3固桩架的静力分析

3.3.1 结构静力分析基础

3.3.2 载荷施加

3.3.3 固桩架的静力分析结果

3.4固桩架的瞬态动力分析

3.4.1瞬态动力分析基础

3.4.2计算条件及工况划分

3.4.3计算结果分析

3.5本章小结

4基于nSoft的升降装置固桩架的疲劳分析

4.1 概述

4.2 nSoft软件简介

4.2.1 nSoft软件的基本功能

4.1.2 nSoft软件的数据接口

4.1.3常规疲劳分析模块FATIMAS

4.3疲劳分析理论

4.3.1 S—N曲线的估计

4.3.2 Miner线性累积损伤理论

4.2.3应力循环的记数方法

4.4疲劳分析方法的确定

4.4.1疲劳分析方法

4.4.2疲劳分析方法选用原则

4.4.3疲劳寿命分析一般步骤

4.5基于nSoft的升降装置固桩架的疲劳分析

4.5.1有限元分析结果的导入

4.5.2构件固桩架的S-N曲线

4.5.3载荷谱块的确定

4.5.4疲劳分析

4.6本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢