冰激振动引起冰区海洋平台构件疲劳破坏是造成冰区平台失效的重要原因之一，开展海洋平台在冰载荷作用下的疲劳评估及其可靠性研究，对于保证冰区平台结构安全服役有着重要指导意义。本文结合“海洋平台结构虚拟安全技术研究”、“冰激疲劳设计简化方法的研究”等科研课题，对海洋石油平台冰激疲劳及可靠性理论与分析方法进行了深入研究，开发冰区海洋平台虚拟安全系统，取得的成果在冰区海洋石油开发中有良好的应用前景。现将本论文的主要研究内容总结如下： 1海洋平台冰激振动数值模拟 本文对国内外的冰激振动模型进行了系统分析，通过有限元软件ANSYS对平台冰激振动模型进行数值仿真。开发了与ANSYS集成的计算程序，可实现复杂多自由度平台结构的精细冰激动力分析。采用不同冰激振动模型对平台冰激振动进行分析，比较计算结果，对常用冰激振动模型的适用范围进行定性分析。对不同海冰参数对平台冰激振动响应的影响进行分析，得到冰参数和结构振动的一些特征，为平台冰激振动机理的研究提供了有效的方法和有益的结论。 提出考虑负阻尼和卸载冰力的相互作用模型，采用该模型对不同海冰参数下平台冰激动力响应进行分析，结果表明，该模型能够反映现场测到的结构冰激稳态振动和冰激随机振动。 分析了目前考虑随机性的冰激振动模型，通过将冰激振动模型中冰抗压强度、冰断裂长度等参数随机化处理，从而将确定性冰激振动模型转化具有随机性的冰激概率力学模型，并对确定性模型和随机模型的分析结果进行比较。 2冰区海洋平台疲劳寿命预测技术和疲劳可靠性评估方法研究 根据ANSYS计算出的名义应力计算管节点的热点应力时程，进行疲劳分析。本文分别给出通过建立管节点实体有限元模型和通过计算管节点应力集中系数计算管节点的热点应力时程的方法和步骤。 提出了一种简化冰激疲劳校核方法—参数拟合法，对随机冰载荷作用下平台管节点的疲劳损伤进行校核。该方法用两个幂函数描述海冰参数和冰激等效疲劳应力的关系，具有较高的拟合精度，推导出基于S-N曲线和Miner准则的疲劳损伤计算公式，大大简化了冰激疲劳寿命的计算过程。在此基础上，给出构件疲劳可靠性计算公式。提出平台整体疲劳失效的简化判据和平台关键失效模式的确定方法，推导出平台整体失效概率的计算公式，可供工程参考。 应用概率断裂力学，提出考虑检测过程的冰区平台疲劳可靠性评估方法。基于海冰参数和冰激等效疲劳应力的拟合函数，推导出裂纹深度扩展的简化公式；建立海冰载荷作用下计算平台构件疲劳可靠性的数学模型，给出平台整体疲劳可靠性校核过程。提出估算构件漏检裂纹尺寸概率分布的方法，并给出考虑检测精度和漏检概率时平台整体可靠性的分析方法。 3冰区海洋平台虚拟安全系统开发及应用研究 结合国内外在冰区平台可靠性研究的成果，并基于本文的研究进展，率先将虚拟技术应用于冰区平台安全可靠性分析中，以数据库技术、有限元、仿真技术和可视化技术为支撑，建立起海洋平台虚拟安全系统的基本框架。该系统包括多个模块，具有建立平台有限元模型、完成冰区海洋平台疲劳寿命预测、疲劳、断裂可靠性评估以及平台冰激振动视景仿真等功能，初步实现了平台结构安全分析与仿真的数字化与模块化。重点对冰区海洋平台虚拟安全系统的工程应用进行探索，并探讨了虚拟安全系统在海洋平台设计校核、检测、维修和延寿决策中的应用途径。提出采用现代启发式算法结合虚拟安全系统，通过混合编程对结构进行优化的方法。针对我国近海老龄平台的使用情况，提出采用虚拟安全系统进行平台延寿决策的步骤。