基于Kriging模型抗冰海洋平台管节点疲劳可靠性研究

论文摘要

高纬度海域海冰对结构作用是结构设计和安全运营的重要影响因素,对于会出现冰冻的寒冷海域,冰力对结构的影响往往是很严重的。目前,渤海海域的平台在冰力作用下动力响应引起的管节点疲劳问题越来越突出。船舶及海洋工程结构的疲劳问题受到大量不确定因素的影响,因此使用可靠性理论研究此类问题,用此方法可以对结构在疲劳方面的安全性作出比确定性方法更加合理的评估。本文以渤海冰情和冰荷载现场观测数据为基础,建立JZ20-2NW海域锥体模型冰力谱。同时利用谱分析方法,对该平台进行冰激疲劳分析。结合上述的冰疲劳环境荷载及冰力谱函数,提出了相对于冰速、冰厚随机冰载的管节点热点应力幅的近似计算方法——Kriging插值方法,此方法基于ANSYS数值模拟,建立起设计变量与设计响应之间的非线性关系,在保证精度的情况下,提高了运算效率。最后对JZ20-2NW平台进行了疲劳可靠性分析。结果表明,本文提出的计算疲劳热点应力幅的Kriging插值方法及本文采用的疲劳可靠性分析方法是合理有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 抗冰海洋平台研究背景
• 1.2 国内外海洋平台疲劳可靠性研究历史和现状
• 1.3 海洋平台疲劳可靠性及维修决策的重要意义
• 1.4 本文研究工作
• 1.4.1 计算热点应力幅值
• 1.4.2 采用Wirsching模型计算JZ20-2NW平台疲劳可靠性
• 2 导管架平台结构疲劳可靠性分析研究
• 2.1 结构可靠性的基本原理
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 概述
• 2.2 结构疲劳可靠性预测
• 2.2.1 疲劳可靠性预测特点
• 2.2.2 疲劳可靠性预测任务
• 2.3 导管架平台管节点疲劳可靠性预测
• 2.3.1 疲劳损伤原理
• 2.3.2 疲劳寿命的理论分布模型
• 2.3.3 基于S-N曲线的疲劳累积损伤理论
• 2.3.4 疲劳寿命可靠度
• 3 Kriging插值方法及其应用
• 3.1 前言
• 3.2 Kriging插值模型建立的基本原理
• 3.3 Kriging插值模型的建立
• 3.4 Kriging插值模型工具箱DACE
• 3.4.1 dacefit函数
• 3.4.2 predictor函数
• 4 冰激疲劳分析计算
• 4.1 计算力学模型建立
• 4.1.1 平台结构
• 4.1.2 结构简化及模型建立
• 4.1.3 模态分析
• 4.2 冰区疲劳环境模型及工况划分
• 4.2.1 冰期的确定
• 4.2.2 冰厚的概率分布
• 4.2.3 冰速的概率分布
• 4.2.4 冰作用方向的概率分布
• 4.2.5 海冰强度的概率分布
• 4.2.6 疲劳工况划分
• 4.3 疲劳冰载荷计算
• 4.3.1 锥体冰力幅值的计算
• 4.3.2 锥体冰力周期的计算
• 4.3.3 锥体冰力谱的计算
• 4.4 节点热点应力计算方法
• 4.4.1 管节点热点应力计算方法
• 4.4.2 热点应力位置确定
• 5 基于Kriging模型随机冰载作用下海洋平台管节点的热点应力幅计算
• 5.1 样本点的选取
• 5.2 结构响应的计算
• 5.3 模型的建立
• 5.4 热点应力幅的近似计算
• 6 JZ20-2北高点平台管节点冰激疲劳可靠性分析
• 6.1 简易导管架平台简介
• 6.2 JZ20-2NW平台简介
• 6.3 结构疲劳可靠性计算
• 6.4 计算结果分析
• 7 结论与展望
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 论文工作展望
• 参考文献
• 附录A JZ20-2NW平台在各疲劳分析工况下热点应力幅值
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢