半潜式钻井平台简化模型的疲劳可靠性谱分析

论文摘要

本文以深水半潜式钻井平台为研究对象,在已有的海洋钻井平台结构疲劳可靠性研究工作的基础上,对深水半潜式钻井平台结构的疲劳可靠性进行了研究。主要研究内容和结果:依据惯性矩相当和重量相同的原则,建立半潜式钻井平台谱分析计算简化模型;由Morison公式和大构件直立圆柱波浪载荷公式分别导出在特定波浪海况下的波浪力谱;基于全概率疲劳可靠性谱分析方法,利用ANSYS软件对简化计算模型进行随机响应谱分析,得到关键节点Von-Mises等效应力随机响应功率谱密度;基于Miner线性损伤累积理论和随机响应首次超越破坏原则的概率分析,分别计算受到Morison波浪力谱时和受到大构件直立圆柱波浪力谱时的平台结构关键部位关键节点的疲劳可靠性指标。由计算结果可知: Morison公式波浪力谱和大构件直立圆柱波浪载荷公式波浪力谱分布规律不同,峰值相差较大;不同浪向角下,不同的波浪力谱作用下,平台结构关键部位中关键节点的Von-Mises等效应力随机响应功率谱密度峰值规律分布不同,最大的峰值有的是由平台结构共振所导致,有的是由波浪力谱峰值所导致;计算得到平台结构关键部位中关键节点的疲劳可靠性指标,绝大部分数值都大于3,即安全概率接近于1。本文所呈现的主要研究内容和结果可为深水半潜式钻井平台工程设计提供一定的理论参考依据和实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 深水半潜式钻井平台的结构特点
• 1.3 结构疲劳分析的国内外发展状况
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 结构的谱分析简化模型与模态分析
• 2.1 模型简化依据
• 2.2 平台模型的简化
• 2.2.1 半潜式平台结构典型部位横截面
• 2.2.2 谱分析计算简化模型
• 2.3 模型模态计算
• 2.4 谱分析计算简化模型关键部位关键节点的确定
• 第三章 平台结构关键部位随机响应谱分析
• 3.1 结构的谱分析方法
• 3.2 波浪谱的确定
• 3.2.1 ITTC 谱
• 3.2.2 JONSWAP 谱
• 3.3 线性波理论公式
• 3.4 Morison 波浪力谱的确定
• 3.4.1 Morison 公式
• 3.4.2 Morison 波浪力谱
• 3.4.3 讨论
• 3.5 大构件直立圆柱波浪力谱的确定
• 3.5.1 大构件直立圆柱波浪载荷
• 3.5.2 大构件直立圆柱波浪力谱
• 3.5.3 讨论
• 3.6 结构随机响应谱分析
• 3.6.1 平台在随机波浪上的运动计算
• 3.6.2 结构随机响应谱计算
• 3.6.3 计算结果与讨论
• 第四章 关键节点疲劳寿命和可靠度
• 4.1 Miner 线性疲劳累积损伤理论
• 4.2 关键节点的疲劳寿命
• 4.2.1 应力范围分布模型
• 4.2.2 疲劳寿命公式
• 4.3 可靠性指标的定义
• 4.4 平台结构疲劳寿命可靠度计算
• 4.4.1 疲劳可靠度
• 4.4.2 平台结构关键节点随机响应应力方差结果
• 4.5 平台结构可靠性指标
• 第五章 闭口薄壁截面直杆的塑性解
• 5.1 闭口薄壁截面直杆受压（拉）、扭联合变形
• 5.2 增量理论求解的一般理论
• 5.3 算例
• 5.4 结语
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 进一步工作展望
• 附录1 本文研究内容框图
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况