学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

海洋平台结构碰撞损伤及可靠性与疲劳寿命评估研究

作　者: 龚顺风
导　师: 金伟良
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 海洋平台单点系泊船舶碰撞损伤检测灌浆卡箍维修加固波浪荷载随机动力响应分析谱分析疲劳寿命疲劳裂纹非线性弹簧结构-桩-土相互作用极限承载能力可靠性管节点系泊力有限元龚顺风:海洋平台结构碰撞损伤及可靠性与疲劳寿命评估研究
分类号: P742
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
下　载: 1471次
引　用: 18次
阅　读: 论文下载

内容摘要

海洋平台结构的安全可靠性是海洋工程中一个有难度而富有挑战性的重要研究领域。本文以海洋导管架平台这一大型复杂工程结构为主要研究对象，在系统地分析和总结国内外研究现状及发展趋势的基础上，对平台导管架结构大型船舶碰撞损伤、损伤构件的维修加固、损伤修复后平台结构的随机动力疲劳寿命可靠性评估、单点系泊导管架平台构件的强度可靠性、极限承载能力体系可靠性、单点系泊导管架平台结构的疲劳寿命可靠性和疲劳裂纹寿命评估、以及由此而涉及到的考虑平台结构检修维护等一系列问题进行了较深入的研究和探讨，并结合具体工程实例(WEN13—1深水导管架平台、BZ28—1单点系泊导管架平台)加以研究和应用，做到了理论研究与工程实践紧密相结合从而达到相互促进的目的，这既为海洋导管架平台结构的设计和对现役平台结构的安全评估提供了理论依据和重要的参考价值，同时也为海洋油气资源的安全开发提供了可靠的保证。本文的主要研究成果有： (1)在国内外首次开展了在导管架结构的施工安装阶段受到大型起重铺管船的碰撞损伤研究。根据WEN13-1导管架结构碰撞损伤检测资料，对碰撞过程进行了数值模拟计算分析，对构件模型从简单到复杂的思路摸索出船舶碰撞海洋平台导管架结构的等效静力撞击荷载2.45 MN；同时也对船舶撞击平台结构进行了动力响应分析，采用非线性弹簧来模拟受损构件的局部凹陷损伤，考虑了结构—桩—土的相互作用，运用瞬态动力学方法来计算船舶以不同的速度撞击导管架结构的动力响应，确定了船舶对平台结构碰撞的最大动力撞击荷载3.405 MN；对平台导管架整体结构的损伤程度进行了评估，确定了相应的灌浆卡箍维修加固方案。 (2)将随机动力响应谱疲劳寿命可靠性分析理论应用于损伤修复后的平台结构疲劳寿命评估中。通过对WEN13-1深水导管架平台经损伤加固维修后整体结构的随机动力响应分析，进行了导管架结构构件和管节点的详细疲劳寿命评估，计算模型充分考虑了对平台结构动力性能和疲劳寿命有着显著影响的附属结构和质量。计算结果表明海洋平台结构的一阶模态对动力响应起主要贡献；受损构件相连接的构件疲劳寿命与损伤前相比有明显的降低，但都满足设计使用要求。 (3)建立了海洋平台结构的碰撞损伤分析、受损构件维修加固方案的评估、摘要浙江大学工学博士学位论文2003维修加固对平台结构动力性能和疲劳寿命影响的一整套研究思路和计算分析方法。 (4)国内首次开展了单点系泊海洋平台导管架结构的可靠性评估。根据Bz28一1单点系泊导管架平台结构的检测资料，平台所在场址的水文环境资料作了概率统计分析，对平台导管架结构的管节点强度、结构极限承载能力体系可靠度和疲劳寿命可靠度及疲劳裂纹扩展寿命进行了系统地评估分析，并提出了相应的维修加固措施。 (5)开发了海洋导管架平台结构管节点强度校核、疲劳寿命评估和可靠度分析软件，建立了海洋导管架平台结构强度可靠性、结构极限承载能力体系可靠性和疲劳寿命可靠性评估体系。为现役平台结构的检测、维护和修理提供了合理的决策机制。 (6)提出了波浪力、高频系泊力和低频系泊力引起的单点系泊海洋平台导管架结构的疲劳损伤组合计算方法，对平台结构的疲劳寿命评估更趋于合理。本文的研究工作得到了国家自然科学基金和海洋石油工程股份有限公司的联合资助，是国家自然科学基金“九五”重大项目“大型复杂结构的关键科学问题及设计理论”(项目批准号:59895410)、国家自然科学基金“超载作用下的海洋平台体系可靠性研究”(项目批准号:59779002)和海洋石油工程股份有限公司研究项目“场吧N13一1导管架损伤评估与修复方案论证”、“Bz28一1 SPM导管架平台结构可靠性评估”的组成部分。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-12
第1章绪论  12-40
  1.1 课题研究背景及意义  12-22
  1.2 国内外研究现状  22-31
  1.3 本文主要工作  31-33
  参考文献  33-40
第2章大型船舶碰撞引起的海洋平台导管架结构损伤分析  40-56
  2.1 引言  40-41
  2.2 等效静力反演计算分析导管架结构的撞击力  41-46
  2.3 大型船舶与导管架结构碰撞过程的动力响应分析  46-53
  2.4 本章小结  53-54
  参考文献  54-56
第3章海洋平台导管架结构受损构件修理加固方案评估  56-68
  3.1 引言  56-57
  3.2 海洋平台受损构件修理加固特点、原则和方案选择  57-58
  3.3 受损构件承载能力分析  58-60
  3.4 受损构件灌浆卡箍修理加固承载能力评估  60-66
  3.5 本章小结  66-67
  参考文献  67-68
第4章基于损伤修复后的海洋平台导管架结构疲劳寿命可靠性评估  68-99
  4.1 引言  68-70
  4.2 随机波浪分析  70
  4.3 随机波浪荷载作用下结构动力响应分析  70-72
  4.4 海洋平台结构谱分析方法  72-73
  4.5 疲劳分析中的S-N曲线  73-76
  4.6 疲劳累计损伤模型  76-77
  4.7 海洋平台结构疲劳应力参数的计算  77-84
  4.8 海洋平台结构疲劳寿命的可靠性预测  84-86
  4.9 基于损伤修复后的海洋平台结构疲劳寿命可靠性分析  86-96
  4.10 本章小结  96-97
  参考文献  97-99
第5章单点系泊海洋平台结构管节点强度校核与可靠性分析  99-112
  5.1 引言  99-100
  5.2 海洋平台结构管节点  100-101
  5.3 海洋平台结构管节点强度校核  101-104
  5.4 海洋平台结构管节点强度可靠性分析  104-106
  5.5 数值计算分析  106-109
  5.6 本章小结  109-110
  参考文献  110-112
第6章单点系泊海洋导管架结构体系可靠性分析  112-124
  6.1 引言  112-113
  6.2 可靠性分析方法及模型  113-117
  6.3 平台结构体系体系可靠性分析  117-121
  6.4 本章小结  121-122
  参考文献  122-124
第7章单点系泊海洋导管架平台结构疲劳寿命可靠性评估  124-152
  7.1 引言  124-128
  7.2 环境荷载统计  128-130
  7.3 环境荷载的分布  130-133
  7.4 疲劳累计损坏和疲劳寿命可靠性评估  133-136
  7.5 基于断裂力学理论的海洋导管架结构疲劳寿命评估  136-142
  7.6 本章小结  142-143
  参考文献  143-145
  附录A  145-152
第8章结论与展望  152-156
  8.1 主要研究成果  152-154
  8.2 本文主要创新点  154
  8.3 研究展望  154-156
附录博士在读期间完成的学术论文  156-158
致谢  158

海洋平台结构碰撞损伤及可靠性与疲劳寿命评估研究

内容摘要

全文目录

相似论文