【摘要】：經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展導(dǎo)致油氣資源的消耗量急劇上升,進(jìn)一步加快海洋油氣資源的開發(fā)是緩解油氣資源壓力的重要途徑之一。深水浮式平臺(tái)是目前深水油氣資源開發(fā)的主要設(shè)備,其長(zhǎng)期處于海洋環(huán)境當(dāng)中,在循環(huán)荷載的作用下不可避免的產(chǎn)生累積疲勞損傷,最終使得結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞失效,引發(fā)災(zāi)難性事故。疲勞損傷是海洋結(jié)構(gòu)物重要的損傷形式之一,因此有必要對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞損傷進(jìn)行深入研究。本文系統(tǒng)的總結(jié)了疲勞分析相關(guān)理論模型和常用的分析方法,對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞分析的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的論述,并在結(jié)構(gòu)的疲勞評(píng)估技術(shù)方面開展了一些研究工作,本文主要研究?jī)?nèi)容如下：1、針對(duì)本文研究的半潛式平臺(tái)建立了水動(dòng)力模型、結(jié)構(gòu)有限元模型和質(zhì)量模型,對(duì)其頻域水動(dòng)力模型進(jìn)行了分析研究,得到了結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力參數(shù)。利用格林函數(shù)、源強(qiáng)函數(shù)和Morison公式對(duì)作用在半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)上的波浪荷載進(jìn)行了計(jì)算。利用設(shè)計(jì)波法得到了半潛式平臺(tái)典型受力工況下的設(shè)計(jì)波要素,并對(duì)該設(shè)計(jì)波條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算校核。研究結(jié)果表明本文研究的半潛式平臺(tái)水動(dòng)力性能優(yōu)良,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。2、根據(jù)半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和應(yīng)力分布規(guī)律,篩選了容易產(chǎn)生疲勞損傷的六個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了網(wǎng)格加密處理,經(jīng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析得到了關(guān)鍵點(diǎn)處的熱點(diǎn)應(yīng)力傳遞函數(shù)。利用譜分析方法對(duì)不同方向波浪作用下關(guān)鍵點(diǎn)的疲勞損傷規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比研究。研究結(jié)果表明,波浪縱向作用時(shí)造成的關(guān)鍵點(diǎn)疲勞損傷最小,橫向時(shí)次之,斜向時(shí)最大。波浪斜向作用時(shí),立柱和縱向浮筒以及立柱與斜撐連接處的疲勞壽命偏小,其他點(diǎn)的疲勞壽命滿足要求。3、針對(duì)半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)系泊耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究,得到了不同海況下結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)程和系纜張力時(shí)程,對(duì)結(jié)構(gòu)在極限環(huán)境條件下的運(yùn)動(dòng)和系纜張力進(jìn)行了校核。利用時(shí)域方法對(duì)系纜的疲勞損傷問題進(jìn)行了研究,探討了波浪波高和波浪周期對(duì)系纜損傷度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,若波浪波高恒定,隨著波浪周期的增大系纜的疲勞損傷度呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì);若波浪周期恒定,隨著波高的增大系纜的疲勞損傷度呈指數(shù)增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。三段式系泊的疲勞壽命可以分為三個(gè)區(qū)域：低壽命的上端系泊錨鏈區(qū)、高壽命的中段系泊鋼纜區(qū)以及低壽命的拖地段系泊錨鏈區(qū)。在相同條件下系泊鋼纜的抗疲勞性能要遠(yuǎn)優(yōu)于系泊錨鏈的抗疲勞性能,R4級(jí)系泊錨鏈的抗疲勞性能要優(yōu)于R3級(jí)系泊錨鏈的抗疲勞性能。4、針對(duì)提高疲勞評(píng)估時(shí)域方法的計(jì)算效率問題展開了研究,通過對(duì)多個(gè)短期海況組塊進(jìn)行等效,減少時(shí)域評(píng)估時(shí)計(jì)算的海況個(gè)數(shù)來達(dá)到提高時(shí)域方法的計(jì)算效率的目的。研究提出了四種波浪海況組塊劃分方式,設(shè)計(jì)了評(píng)估偏差參數(shù)和計(jì)算效率參數(shù)用于各種組塊劃分方式優(yōu)劣的比較。研究結(jié)果表明,對(duì)海況組塊進(jìn)行等效的思想能夠極大的提高時(shí)域評(píng)估方法的計(jì)算效率；與基準(zhǔn)計(jì)算方法相比,等周期組塊劃分方法會(huì)高估結(jié)構(gòu)系纜的疲勞壽命;等波高組塊劃分方法會(huì)低估結(jié)構(gòu)系纜的疲勞壽命；六海況組塊劃分方式會(huì)高估結(jié)構(gòu)系纜的疲勞壽命；四海況組塊劃分方式的計(jì)算結(jié)果與海況組塊未進(jìn)行簡(jiǎn)化處理的計(jì)算結(jié)果最為接近,能夠滿足要求。提出的高效組塊劃分方法是本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。
[Abstract]:With the rapid development of economy, the consumption of oil and gas resources has risen sharply. Further accelerating the development of offshore oil and gas resources is one of the important ways to relieve the pressure of oil and gas resources. Fatigue damage is one of the most important damage forms of offshore structures, so it is necessary to study the fatigue damage of structures deeply. This paper systematically summarizes the relevant theoretical models and common analysis methods of fatigue analysis, and points out the fatigue components of structures. The main contents of this paper are as follows: 1. The hydrodynamic model, the finite element model and the mass model of the semi-submersible platform studied in this paper are established, and the frequency domain hydrodynamic model is analyzed and studied. Hydrodynamic parameters of the structure are obtained. Wave loads acting on the semi-submersible platform structure are calculated by using Green's function, source strength function and Morison's formula. Design wave elements under typical loading conditions of semi-submersible platform are obtained by using design wave method. Structural strength under the condition of design wave is calculated and checked. The results show that the semi-submersible platform studied in this paper has excellent hydrodynamic performance and the structural strength meets the requirements. The results show that the fatigue damage caused by longitudinal wave action is the smallest, then the transverse wave action is the second, and the oblique wave action is the largest. The fatigue life of the connection with the diagonal brace is relatively small, and the fatigue life of the other points meets the requirements. 3. The mooring coupling motion of the semi-submersible platform structure is studied. The motion history and the mooring tension time history of the structure under different sea conditions are obtained. The motion and the mooring tension of the structure under the limit environment are checked. The fatigue damage of mooring cables is studied, and the influence of wave height and wave period on the damage degree of mooring cables is discussed. The results show that if the wave height is constant, the fatigue damage degree of mooring cables increases first and then decreases with the increase of wave period; if the wave period is constant, the damage degree of mooring cables increases with the increase of wave height. The fatigue life of three-stage mooring can be divided into three zones: the upper mooring chain zone with low life, the middle mooring cable zone with high life and the mooring chain zone with low life. The fatigue resistance of the R4 mooring chain is better than that of the R3 mooring chain. 4. To improve the calculation efficiency of the time-domain method for fatigue assessment, a study is carried out. The calculation efficiency of the time-domain method is improved by equivalence of several short-term sea conditions blocks and reduction of the number of sea conditions calculated in the time-domain method. Aim. Four kinds of block partitioning methods for wave and ocean conditions are proposed, and the evaluation deviation parameters and calculation efficiency parameters are designed to compare the advantages and disadvantages of different block partitioning methods. The fatigue life of structural mooring cables can be overestimated by the method of time block partition; the fatigue life of structural mooring cables can be underestimated by the method of equal wave height block partition; the fatigue life of structural mooring cables can be overestimated by the method of six sea conditions block partition; the results of four sea conditions block partition are the closest to those of non-simplified sea conditions block partition. The proposed efficient block partition method is the main innovation of this paper.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE951

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本文編號(hào)：2229409