基于臨界面能量法的平臺結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析.pdf

1、在近海海域海洋油氣開采主要采用導(dǎo)管式平臺形式，此類結(jié)構(gòu)主要設(shè)計依據(jù)是波浪載荷，在波浪載荷和海流載荷作用下，樁腿會受到日積月累的微觀損傷從而造成疲勞破壞。疲勞破壞成為海洋平臺結(jié)構(gòu)失效的主要形式之一，因此，在海洋環(huán)境下的疲勞理論研究以及對海洋平臺主要構(gòu)件的疲勞壽命預(yù)測十分重要。海洋平臺結(jié)構(gòu)疲勞問題一直是海洋工程中的研究熱點和難點，其中高周疲勞、多軸疲勞以及變幅載荷、材料非線性特征等多種問題相互關(guān)聯(lián)，以至于多年來相關(guān)疲勞理論進(jìn)展緩慢。

2、　　本文基于臨界面方法，建立一種應(yīng)用于海洋平臺在多軸變幅載荷下高周疲勞預(yù)測模型，用于分析平臺結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點疲勞壽命。利用ANSYS對同材料的構(gòu)件施加不同應(yīng)力幅的交變載荷得到危險點的應(yīng)變能密度，得到相應(yīng)的應(yīng)變能密度和應(yīng)力幅之間關(guān)系曲線，該曲線只取決于材料本構(gòu)特性，與結(jié)構(gòu)和載荷形式無關(guān)；在波浪載荷和海流載荷作用下對平臺主要構(gòu)件——樁腿進(jìn)行動力分析，對危險點的應(yīng)力應(yīng)變張量進(jìn)行坐標(biāo)變換，以確定臨界平面位置；以臨界面上的塑性應(yīng)變能密度為疲勞損傷參量

3、，將單次循環(huán)應(yīng)力等效為對稱循環(huán)應(yīng)力，根據(jù)S-N曲線得到各個循環(huán)應(yīng)力所產(chǎn)生的損傷；采用Miner損傷積累理論，將時程內(nèi)各循環(huán)所產(chǎn)生的損傷進(jìn)行累積，得到平臺樁腿的高周疲勞壽命。與Workbench疲勞壽命數(shù)值模擬和極值計數(shù)法比較，臨界面能量等效法的偏差分別為29.2％和17.5%。
　　基于臨界面能量法建立高周疲勞分析模型，以能量為疲勞損傷的參量，以臨界面作為裂紋擴展的依據(jù)，采用較少的待定參量，克服傳統(tǒng)能量法作為標(biāo)量難以描述裂紋擴展方