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1、第10卷第4期船舶力学Vol.10No.42006年8月JournalofShipMechanicsAug.2006文章编号:1007-7294(2006)04-0065-07随机波浪载荷作用下导管架平台动力响应及疲劳可靠性分析黄怀州112!洪明!迟少艳(1大连理工大学船舶工程系,辽宁大连116023;2中国船舶与海洋工程设计研究院,上海200011)摘要:主要针对波浪载荷作用下导管架式海洋平台结构的疲劳可靠性进行研究。采用Airy线性波浪理论,将导管架结构离散成空间梁有限单元结构;在此基础上采用结构模态分析方法,编程计算了平台结构在随机波浪载荷作用下的位移、速度
2、、加速度和应力随机响应及其概率统计量。导管架结构疲劳可靠性分析建立在频域响应的基础上,假设结构响应的应力范围服从Rayleigh分布,利用结构应力传递函数得到结构应力响应谱,然后利用Miner线性累积损伤准则推导出结构疲劳寿命的概率分布函数,并考虑结构疲劳强度影响系数的随机性,求得结构在随机应力谱下给定疲劳寿命时的疲劳可靠性指标。文中所建立方法可用于导管架式平台结构的疲劳安全评估。关键词:导管架结构;随机波浪谱;随机响应;疲劳可靠性中图分类号:P725文献标识码:ADy#$%&’()*+,-*)$-./$0&12)()3&$4&3&0y$-$3y*&*,/5$’6
3、)0+3$0/,(%2-.)(7$8)3,$.*112HUANHuai-zhou,HONMing,CHIShao-yan"1DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China;2MarinDesign&ResearchInstituteofChina,Shanghai200011,China#94*0($’0:ThespectrumofwaveloadsisreducedbytheAiryWaveTheoryandthelinearizedMorisonE-quation.Themodelanalysismethodsa
4、ndthespaceframefiniteelementareusedtocarryouttherespons-esofoffshorestructure,includingthedisplacementresponseandthestressresponse.Thefatiguereliabilityanalysisofstructureisbasedonthestructuralresponseanalysisinthefrequencydomain.Inthefatiguere-liabilityanalysis,supposingthestressisin
5、Rayleighdistribution.Andthespectrumofstressisperformedbythetransferfunctionofthejacketplatform.TheresultsshowthattheMinermodelcanbeappliedtocalcu-latethefatiguereliabilityofthestructure.:)y7,(.*:jacketplatform;waveforcespectrum;randomresponse;fatiguereliability;引言随着海洋石油工业的发展,通常要在恶劣的海况
6、条件下建造各种平台,以适应海上钻井采油作业的需要。而在这些平台的设计中,波浪力往往是设计控制荷载。在以往的设计中,一般都把随机的海浪作为规则波来处理,以此求出作用在平台结构上的最大外力,然后根据静力的方法来计算结构构件的收稿日期:2005-07-15作者简介:黄怀州(1977-),男,大连理工大学船舶工程系硕士研究生。66船舶力学第10卷第4期应力,评价结构的安全度。然而实践证明,波高最大的波并不一定是引起平台结构最大应力的波,而那些频率与平台结构自振频率接近,同时波高较小的波在接近共振点时会使结构变形增大,此时结构可能处于更危险的状态[1]。这表明,对平台结构设
7、计而言,仅仅考虑静力效应是不充分的,还须考虑动力作用对结构的影响,进行动力响应分析。海洋平台动力可靠性实际上是综合运用动力响应理论和概率分析理论,先对平台结构响应特性起主要影响作用的随机变量进行抽样,然后对平台结构进行随机响应分析,并对结构响应的结果进行概率统计分析,进而求得平台结构的动力可靠性。本文假定导管架式海洋平台材料特性以及平台结构破坏准则的概率分布都是确定的,研究平台结构在随机的波浪力谱作用下,结构在设计寿命期限内不发生疲劳失效的可靠性指标。2随机波浪载荷分析2.1波浪谱的确定波浪的产生主要是由于风的作用引起的。但是直接根据风的参数,从理论上估算波浪谱是
8、很困难的,
