含局部损伤导管架平台结构强度分析

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海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵,与陆地结构相比,它所处的环境条件十分复杂且恶劣,承受着多种随时间和空间变化的随机荷载,同时还要受到地震的威胁。海洋平台还可能受到船舶的撞击和生产作业引起的各种损伤,因此,科学地分析受损构件对海洋平台整体强度的影响,及时采取有效处理措施,可以延缓结构损伤的进程,达到延长整体结构使用寿命的目的。本文首先根据平台的设计资料建立平台的管单元模型,在三种工况下分别计算无损平台的应力,然后通过局部实体建模,采用耦合节点的方法处理实体单元与线单元的连接,提出了一种含局部损伤海洋平台整体结构有限元分析方法,并对位置1处局部实体模型与全管单元模型在三种工况下的应力、位移场计算结果进行对比,验证采取的耦合节点的连接方法是可行的。以一位于渤海的现役导管架平台为研究对象,该平台由管件焊接而成,根据设计规范,分析在环境极值载荷下平台应力场,研究表明:当导管架开裂损伤圆周弧长较小时,最大应力发生在导管架上,当损伤圆周弧长达到一定值时,最大应力发生在损伤周围。随着损伤圆周弧长的增加,损伤处应力不断增大。选择在3个高应力管节点区域模拟发生贯穿性损伤,在极端波浪载荷条件下,位置1损伤处圆周弧长达到172°时,该处最大应力达到材料的屈服极限;在极端冰载荷条件下,位置2损伤处圆周弧长达到149°时,该处的最大应力达到材料的屈服极限;在极端波浪载荷条件下,位置3损伤处圆周弧长为144°时,该处的最大应力达到材料的屈服极限。当损伤处圆周弧长超过上述值时,最大应力超过材料的屈服极限,并在损伤边缘处塑性变形加速,最后会使导管架撑杆断裂,造成重大事故。分析局部损伤对海洋平台整体应力水平的影响,为现役平台的分析与评估提供更为精确和符合实际的手段,为海洋平台检测、维修决策、结构承载潜力挖掘提供科学依据。
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