SPAR平台关键节点的腐蚀疲劳寿命研究摘要
海洋平台结构复杂,风浪流载荷及腐蚀联合作用下的腐蚀疲劳问题直接影响平台的结构完整性和使用安全性。SPAR平台作为深水浮式生产系统,动力性能优良,在海洋工程中应用日益广泛,特别适用于深水油气资源的开采。南海海洋环境复杂多变,海洋平台结构疲劳具有高周、变幅、非线性的特性,腐蚀造成的损伤呈现多变、无规律的特点,研究适合南海深水海域的SPAR平台动力学性能,分析平台的应力响应并预测其腐蚀疲劳寿命,对提高我国深水海域海洋平台的开发能力和油气资源的开采效率具有重要的现实意义。点蚀疲劳是海洋平台主要的腐蚀损伤类型,本文根据ASTM标准,建立点蚀坑模型,分析点蚀坑主要尺寸对结构应力集中的贡献作用,总结蚀坑尺寸的发展规律,通过有效应力集中系数放大热点应力来考虑点蚀对疲劳的影响,结合临界面能量法确定适合海洋平台的腐蚀疲劳寿命计算方法:根据南海海洋环境状况,参考DNV规范确定南海极限海况和工作海况下的环境参数,建立适合南海海况的Truss SPAR平台模型,对极限海况下的平台结构进行动力学响应分析,通过频域动力学响应结果评估其运动性能,时域响应结果评估其安全性能;计算工况下导缆器受力时间历程,结合DNV定位系泊规范与API规范,确定平台主体与系泊系统耦合点-导缆器的结构形式和尺寸参数,应用确定的腐蚀疲劳寿命计算方法,估算以导缆器为关键结构的SPAR平台寿命。研究结果显示点蚀群中主蚀坑的蚀坑深度对结构应力集中影响最大,根据实测数据和仿真分析确定蚀坑有效应力集中系数计算公式。确定工况和极限海况下南海风浪流参数,建立桁架式SPAR平台模型,极限海况下频域动力学结果显示平台运动性能良好,时域动力学结果显示平台极限位移和系泊系统受力都在许用范围之内,满足安全性能。根据不同年限下应力集中系数计算结果,放大热点应力应变时间历程,结合临界面能量法计算导缆器的腐蚀疲劳寿命为224.0605年,满足ABS规范下深水浮式生产系统的局部设计寿命要求。
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