海冰作用下海洋平台模糊疲劳的基础研究

论文摘要

对于寒区的海洋平台,当冰情出现时,海冰载荷将成为平台的主要控制载荷。海洋平台在随机的海浪和海冰载荷作用下,其构件将产生疲劳损伤,成为海洋结构物的损伤、寿命及安全性的主要影响因素。为了保证海洋平台在服役期间能够满足可靠性要求,在设计初期以及服役过程中对其进行安全可靠性评估时,需要对平台重要构件的累积损伤和疲劳寿命进行评估,并以此作为整个海洋平台疲劳寿命评估的主要依据。传统累计损伤的计算方法,都是根据Miner准则,将疲劳损伤的产生看成一个确定性的事件,即疲劳应力幅大于疲劳极限则产生疲劳损伤,否则不产生疲劳损伤,忽略了小于疲劳极限特别是略小于疲劳极限的应力幅所产生的疲劳损伤。因而,计算得到的累积疲劳损伤和疲劳寿命与实际情况有较大差距。本文基于模糊数学理论,将海冰作用下结构所产生的疲劳损伤看成模糊事件,通过两种模糊隶属函数,分析考虑模糊疲劳损伤后的改进低温S-N曲线,即低温模糊S-N曲线,并确定了其适用范围及参数选择方法。本文对低于疲劳极限的应力幅所产生的疲劳损伤进行分析,修正了Miner准则,计算结果比较接近实际的累积损伤情况;同时通过模糊疲劳寿命估算方法,对JZ20-2NW平台进行了疲劳寿命评估,计算结果说明对重要结构进行模糊疲劳分析将使累积损伤的计算和疲劳寿命的预估更加准确,较常规计算方法得到的结果更加安全合理。因此,可将此方法推广到冰区海洋钢结构工程当中,用于可靠性要求高的重要构件的设计以及冰区海洋平台结构服役期的重要构件的疲劳寿命评估。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 本文研究内容
• 2 渤海海域海洋平台冰荷载计算
• 2.1 冰厚分布函数
• 2.1.1 现场原型监测的主要内容
• 2.1.2 冰厚分布函数的确定
• 2.2 动冰力作用的统一模型
• 2.3 结构屈曲动冰力和弯曲动冰力作用的强迫振动分析
• 2.3.1 屈曲动冰力作用
• 2.3.2 弯曲动冰力作用
• 2.3.3 动冰力的数值模拟
• 2.4 本章小结
• 3 海洋平台结构用钢的低温S-N曲线
• 3.1 海洋平台结构用钢的疲劳特性
• 3.1.1 海洋平台结构用钢低温S-N曲线的特点
• 3.1.2 导管架管节点低温下的疲劳特性
• 3.2 几种供设计参考的低温S-N曲线
• 3.2.1 国产海洋用钢的T型管节点低温S-N曲线
• 3.2.2 美国API标准的低温S-N曲线
• 3.2.3 挪威船级社（DNV）标准的低温S-N曲线
• 3.2.4 英国标准的低温S-N曲线
• 3.2.5 几种低温S-N曲线的比较
• 3.3 本章小结
• 4 海洋平台结构的模糊疲劳分析
• 4.1 模糊数学的基本概念
• 4.1.1 模糊集合
• 4.1.2 隶属度函数
• 4.2 模糊疲劳分析中隶属度函数的选择
• 4.2.1 阈值型隶属度函数
• 4.2.2 正态型隶属度函数
• 4.3 低温（-25℃）模糊S-N曲线
• 4.3.1 阈值型低温（-25℃）模糊S-N曲线
• 4.3.2 正态型低温（-25℃）模糊S-N曲线
• 4.3.3 两种类型模糊S-N曲线的比较
• 4.4 考虑模糊性之后修正的Miner准则
• 4.4.1 结构疲劳的基本概念
• 4.4.2 结构疲劳的特点及主要影响因素
• 4.4.3 Miner线性累积损伤理论
• 4.4.4 其它疲劳分析方法
• 4.4.5 修正的Mnier准则
• 4.5 本章小结
• 5 冰区海洋平台结构的模糊冰激疲劳分析
• 5.1 结构模型的建立
• 5.2 动冰力荷载的确定
• 5.2.1 渤海冰情等级
• 5.2.2 有效冰期的确定
• 5.2.3 冰厚概率分布
• 5.2.4 冰速的概率分布
• 5.2.5 冰向的概率分布
• 5.2.6 动冰力荷载的计算
• 5.3 模糊疲劳寿命评估
• 5.3.1 平台结构的有限元模型
• 5.3.2 模糊疲劳计算结果
• 5.3.3 模糊疲劳寿命估算
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢