渤海某导管架平台管结点焊缝的疲劳寿命预测

摘要

随着社会的高速发展，陆上资源慢慢匮乏，海洋资源逐渐被开发，于是海上平台应运而生，本文的研究对象即为海上平台中的导管架平台。导管架平台长期处在复杂的海洋环境中，时刻遭受着各类载荷的侵袭，导管架平台事故也接连发生。大量的实践及分析表明:导管架平台事故的发生多是由其管节点焊缝的疲劳失效造成的。所以，为了保证导管架平台在服役期间的安全性和可靠性，对导管架平台的管节点焊缝进行疲劳寿命的预测有着至关重要的作用。
　　本文以渤海某导管架平台为研究对象，以ANSYS Workbench为分析工具，研究分析了该导管架平台在风载荷和波浪载荷共同作用下管节点热点焊缝的应力—时间历程，并对热点焊缝进行了疲劳寿命的预测和分析。具体的预测流程主要包括:对导管架平台所受的载荷进行分析，并利用MATLAB对风载荷、波浪载荷进行模拟;对导管架平台进行静力分析，对热点管节点焊缝进行确定;对导管架平台进行模态分析，得到导管架平台前六阶模态对应的固有频率，并通过计算得到导管架平台的阻尼，为之后的动力分析奠定基础;对导管架平台进行瞬态动力学分析，得到导管架平台在风载荷和波浪载荷共同作用下热点焊缝的应力—时间历程;利用雨流计数法得到管结点热点焊缝的应力谱，同时利用BS7608标准确定管结点热点焊缝的S-N曲线，之后结合线性累计损伤理论得到各个管结点热点焊缝的疲劳寿命;最后对海水腐蚀对导管架平台管结点焊缝疲劳寿命的影响进行了分析。
　　通过上述工作，本文成功得到了导管架平台管结点热点焊缝的疲劳寿命，约为21年，即导管架平台的预测疲劳寿命约为21年，与导管架平台的设计寿命相符合。另外，本文还通过数值分析验证了海水腐蚀将大大降低导管架平台的疲劳寿命。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 导管架平台及其焊接管结点的概述

1．2．1 导管架平台的概述

1．2．2 导管架平台焊接管结点的概述

1．3 导管架平台的发展历程

1．4 导管架平台疲劳分析的研究现状

1．5 焊缝疲劳分析的研究现状

1．6 本文主要研究内容

第2章 导管架平台所受载荷的分析

2．1 作用在导管架平台上的风载荷

2．1．1 风的基本特征

2．1．2 平均风速的时程模拟理论

2．1．3 脉动风速的时程模拟理论

2．1．4 导管架平台所受的风载荷

2．2 作用在导管架平台上的波浪载荷

2．2．1 波浪理论的选择

2．2．2 随机波浪的生成

2．2．3 导管架平台所受的波浪载荷

2．2．4 渤海海域导管架平台所受波浪载荷的模拟

2．3 本章小结

第3章 导管架平台的有限元分析

3．1 导管架平台有限元模型的建立

3．1．1 导管架平台的主要参数

3．1．2 导管架平台模型的建立与处理

3．2 导管架平台热点位置的确定

3．3 导管架平台的模态分析

3．4 导管架平台的动力分析

3．4．1 动力学理论

3．4．2 导管架平台的瞬态动力分析

3．5 本章小结

第4章 导管架平台管结点焊缝处疲劳寿命的预测与分析

4．1 导管架平台焊缝处应力谱的编制

4．1．1 雨流计数法概述

4．1．2 热点焊缝处应力谱的编制

4．2 导管架平台焊缝标准S-N曲线的分析与确定

4．2．2 导管架平台焊缝标准S-N曲线的确定

4．3 导管架平台热点焊缝疲劳寿命的预测与分析

4．3．1 焊缝疲劳寿命预测的理论与分析

4．3．2 导管架平台热点焊缝疲劳寿命的预测

4．4 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢