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FPSO(Floating Production Shortage and Offloading)海洋石油平台在我国应用比较广泛,其石油开采量占我国海洋石油产量的75%。海洋结构在服役期间出现的疲劳失效问题为海洋平台的安全生产带来较大安全隐患。海洋工程结构设计的不准确性导致其真实服役时间低于自身设计寿命,海洋环境荷载的非平稳性、时变性等特点是海洋工程结构设计面临的较大问题。本文针对塔架软刚臂系泊系统上铰节点服役过程中出现的疲劳磨损问题,基于原型监测对铰节点疲劳寿命进行研究,同时,发展出一种基于原型监测技术的铰节点疲劳寿命实时预估方法。 传统的疲劳寿命设计中对铰节点的荷载和边界条件的确定均依据水动力学计算获取,本文基于原型监测数据分析获取结构的荷载工况,荷载和边界条件与实际工况更加相符。另外,还考虑了结构服役过程中其自身力学属性随时间的变化,分析不同摩擦系数对结构疲劳寿命产生的影响,证明了传统设计中不考虑结构的时变性是偏于危险的。同时,铰节点疲劳寿命实时预估方法是基于原型监测数据对铰结构往复运动的次数进行统计,结构疲劳寿命的预估更加准确。 本文针对FPSO铰节点的疲劳失效问题,利用有限元软件根据铰节点的实际荷载工况进行计算,获得指定角度下铰节点的疲劳寿命。根据实验获取结构磨损状态下的摩擦系数变化范围,对铰节点不同摩擦系数下的疲劳寿命进行分析,证明了铰节点摩擦系数变化对结构疲劳寿命产生较大影响。利用铰节点往复运动行为中结构应力分布规律,根据现场实际情况建立铰节点的热点应力监测方法,对铰节点内部应力进行监测,对结构接触面属性进行评估。结合原型监测数据和铰节点多角度、变摩擦系数疲劳分析结果建立铰节点的疲劳寿命实时预估方法,对铰节点真实疲劳损伤进行计算,对结构剩余疲劳寿命进行预估。 根据铰节点运动特性,设计了铰节点摩擦磨损实验机,开展了铰节点和止推轴承摩擦实验,分析铰结构的摩擦特性,依据实验结构验证了铰节点热点应力监测方案的准确性和现场可实施性。