含贯穿性损伤海洋平台结构强度分析.pdf

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1、石油机械2010年第38卷第12期CHINAPEFROLEUMMACHINERY设计计算含贯穿性损伤海洋平台结构强度分析李怀亮张谦江锦陆建辉谢维维(1．海洋石油工程股份有限公司2．中国海洋大学工程学院)摘要采用有限元方法，通过局部实体建模，提出一种海洋平台整体结构有限元分析方法，用实体模型模拟海洋平台构件连接处的贯穿性开裂损伤。建立多损伤模型，分析局部损伤对海洋平台结构整体强度的影响。以渤海的某一现役导管架平台为研究对象，根据设计规范，分析在环境极值载荷下平台的应力场。研究表明，当开裂损伤圆周弧长大于110。时，平台最大应力发生在损伤处，开裂损伤边缘应力值超过材

2、料的屈服极限，使导管架撑杆产生塑性变形，最终会导致管件断裂。研究方法为现役平台的分析与评估提供了更为精确和符合实际的手段，为海洋平台的检测、维修决策和结构承载潜力挖掘提供了科学依据。关键词海洋平台有限元分析含损伤梁结构强度综合国内外的情况，尽管在受损构件有限元分0引言析方面已做了一些工作，在使用有限元计算程序进行计算和分析时，单元操作比较繁琐，而且很难真近些年来，海洋石油平台上的杆件，特别是桩正将受损构件与平台整体结构结合，不能反映结构腿受损后的极限强度分析技术受到海洋工程界的高的真实受力情况，因此迫切需要发展受损后海洋平度重视。Ueda研究了平台结构中T形、Y

3、形管节台结构的有限分析技术。点极限强度问题，考虑了应力集中、损伤以及弯曲对海洋平台整体进行实体建模，精确描述平台局应力的影响，提出了一种评估海洋平台极限强度的部细节，这种方法最为准确，但是计算规模大，对计新方法¨。Ellinas通过对不同结构、材料以及含算机性能要求很高，目前这种方法在工程巾难以实有凹坑损伤的桩腿的极限强度的研究，提出了对受现；同样该方法也不能很好地快速处理海上突发事损构件的剩余强度评估的方法。Talei—Faz、件，因此工程设计计算中海洋平台仍采用线单元建模Krieger、Vannan等采用有限元分析方法对含裂纹分析。笔者通过采用平台关键管节点

4、局部实体建模方的桩腿进行了分析，并对受损后的平台整体结构进法，精确描述节点损伤的发生，其余平台结构仍采用行了应力计算和强度分析-51。肖仪清等人讨论了线单元方法建模，整体分析受损平台响应，对比全线海洋平台结构缺陷和损伤的特点，分析了裂纹类缺单元模型，用平台的最大应力值和最大位移值来验证陷、凹痕类缺陷、腐蚀、海生物附着、地基土冲刷局部实体建模方法的正确性。在实体部位模拟节点损等对导管架式海洋平台结构极限承载力和安全性的伤，对含贯穿l生损伤的海洋平台整体结构在极端波浪影响，为海洋平台结构的维修决策提供了依据。和极端冰条件下进行有限元计算和分析，分析损伤程秦太验、柳春

5、图等采用有限元分析方法，将具有凹度对平台整体结构强度的影响。坑损伤的构件分割为3个子单元，分别对各子单元建立单元刚度矩阵，使用静凝聚法建立受损构件的1平台模型建立及环境荷载计算等效梁和管单元的单元刚度矩阵，将含裂纹构件的裂纹段以线弹簧处理，讨论了带有裂纹损伤桩腿的我国渤海的海洋平台大多数服役年限较长，有等效梁和管单元的单元刚度矩阵的计算方法，将等些平台已经达到或超过了它们原来的设计寿命。这效单元计算程序接人SuperSAP程序，对受损后的些老龄平台的许多构件已不同程度地现了疲劳裂平台整体结构进行应力计算和强度分析J。纹、破损等损伤，结构老化严重。随着我同海上油石

6、油机械2010年第38卷第l2期气田的不断发现，以及国家对海洋石油资源开采的2种工况。工况1参数：波浪载荷中，极值波高5．1迫切需求，海洋石油的勘探和开发规模越来越大，m，波浪周期10．5S，阻力系数0．7，惯性力系数但由于国家财力的制约，对平台装备的投资受到限2．0；风载荷中，风速40．3m／s，形状系数分别为制，在短期内不可能购置或生产更多新的海洋平台，1．5(粱截面)、0．5(圆形截面)；流载荷中，流速必须对现有平台进行挖潜。延长在役平台的使用年为1．55m／s。工况1极端波浪条件：风50a重现期，限已成为一项非常紧迫和具有全局战略性的任务，波浪50a重现

7、期，海流50a重现期，节点计算载荷对这些老龄平台来说，继续服役的最大障碍就是安见表1。工况2参数：冰载荷中，冰厚0．473m，局全性问题，必须尽快解决如何在保障平台安全的前部挤压系数2．5，接触系数0．45，极限抗压1．99提下，使平台产生良好的经济效益。这就需要对现MPa；风载荷中，风速35．1m／s，形状系数同工况有的平台进行综合而全面的安全评估，以保证平台1；流载荷中，流速为1．26m／s。工况2极端冰条在安全的状况下作业，有效避免事故的发生。件：风10a重现期，冰50a重现期，海流10a重现笔者选择某一在渤海已服役15a的4腿导管架期，节点计算载荷见表2

8、。平台为研究对象，该平台