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自升式海洋平台其所处的工作环境极其恶劣,一旦出现安全性问题,往往造成巨大经济的损失,所以很有必要对平台进行疲劳寿命分析。本文以Super M2自升式平台为研究对象,结合波浪理论及相关环境载荷公式对其进行静力强度分析;然后,针对平台桩腿薄弱处即管节点位置,分析了该管节点在轴力作用下的沿焊缝周围的应力分布规律及其各几何参数对应力的敏感性;最后,基于两种疲劳理论对平台桩腿关键点进行平台的疲劳寿命分析并对其结果进行对比讨论。其具体的研究内容如下:(1)本文以Super M2自升式平台为研究对象,探讨了相关疲劳理论及环境载荷理论。通过合理的简化建立了平台的有限元模型,其中采用弹簧单元模拟平台与桩腿之间的连接关系,通过在定义的质量点上施加重力场的方式来模拟平台重物的分布。另外,考虑到桩靴与土壤连接的复杂性,采用Abaqus中有的线弹性模型进行处理,从而提高了自升式平台模拟分析的准确度。(2)设置合理的环境变量,采用斯托克斯5阶波波浪理论及Morision公式,并且考虑了波浪的动压力与静水压力所造成的浮力效应,分析计算了自升式平台在预压和风暴自存工况下的应力分布情况。并依据CCS规范进行强度校核,结果满足强度要求。(3)针对平台桩腿薄弱处即管节点位置,分析了该处在轴力作用下的沿焊缝周围的应力分布规律。然后结合正交试验理论,分析了管节点各几何参数对其应力影响的敏感性。(4)采用谱分析法对平台关键节点剩余寿命进行疲劳寿命分析,首先利用stokes fifth-order波浪理论来分析计算了不同浪向角及波浪频率下典型节点的热点应力传递函数,再结合中国南海波浪散布图以及疲劳理论,完成对桩腿各典型节点的疲劳强度评估。得出桩腿疲劳寿命为41.3年,其位于水面附近即为桩腿的飞溅区。(5)对裂纹尖端进行数值模拟分析,得出了其附近的应力场和位移场的分布情况。依据ABS设计规范,基于断裂力学对海洋平台桩腿危险点进行疲劳寿命计算,最终获得桩腿的使用寿命为33.2年,满足平台服役年限的要求。相比S-N曲线的疲劳设计的计算方法,裂纹扩展的计算方法考虑了结构件本身存在的焊接缺陷,因而使得其计算的疲劳寿命要短,更为保守。

关键词：自升式平台管节点正交试验线性累积裂纹扩展

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