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1、摘要上海交通大学硕士学位论文Spar平台疲劳评估方法研究摘要研究了海洋平台的发展历史和发展现状，指出在未来的深海油气开发中，尤其是极深水海域，张力腿平台和 SPAR平台将作为主要的平台形式得到广泛的应用。介绍了 Spar平台的结构形式，比较了三代 Spar平台的结构差异。介绍了关于 Spar平台的国内外研究现状，指出了 Spar平台的垂荡运动和涡激振动是两个受到广泛关注的研究方向。阐述了疲劳分析的相关理论。传统的疲劳分析方法分为确定性疲劳分析方法和疲劳可靠性分析方法，是根据时域载荷信号求得疲劳损伤。然而对于海洋平台这样的结构和受力都比较复杂的情况，在时域中进行瞬态动力分析很难实现，因此产生了基
2、于功率谱的疲劳分析方法。由于波浪谱和洋流的功率谱统计信息已经具备，这使得基于功率谱的海洋结构疲劳分析成为可能。论文还阐述了海洋平台的疲劳分析方法。海洋平台的疲劳分析主要是对关键节点的疲劳进行分析。关键节点的加强可以有效的缓解应力集中，提高疲劳寿命。对桁架式 SPAR的桁架部分的疲劳进行了分析。从线性系统运动方程出发，推导了 SPAR平台的垂荡响应函数，选择 P-M波浪谱，得出垂荡响应谱，由垂荡响应谱得出作用于桁架的疲劳载荷谱。应用 MSC.PATRAN/NASTRAN软件，采用热点应力法分析了具体管节点的应力集中位置的应力均值和应力幅值。其中热点处的应力由距离该点 t/2和 3t/2处的值插值
3、得到（t为板厚）。由于平均应力值很大，热点应力法求得的应力幅值需要经过 Goodman公式修正。有限元分析中的载荷是考虑百年一遇的风暴，假设疲劳应力范围长期服从 Weibull分布，求得等效应力幅值。然后代入 DNV的修正管节点 S-N曲线求得疲劳寿命。I摘要上海交通大学硕士学位论文分析了立管的疲劳载荷情况。立管受到的力为：重力、浮力、波浪力、摇摆过程中与导框的碰撞力、内部流场的作用力、外部流场作用力（主要是涡激振动 VIV）。在这些力中重力和浮力是恒定不变的，可以把其合力作为应力均值的一部分在最后的分析中加以考虑。波浪作用力主要通过自由液面升高的方式加以考虑，由于立管的水线面面积很小，该部分
4、受力在立管总的受力中只占很小的比例，可以忽略不计或者分开计算然后简单地线性叠加。与导框碰撞力和 VIV是立管受到的主要疲劳载荷。本文分析了这几种力的大小。同时结合分析指出了 Truss SPAR平台立管的疲劳危险部位。危险部位是位于桁架部分的立管。该处既受到导框的接触力，又受到涡激振动的作用力。该项工作为进一步进行立管的疲劳分析打下了基础。关键词：Spar平台疲劳分析功率谱海洋立管涡激振动导框接触力IIABSTRACT上海交通大学硕士学位论文FATIGUE ASSESSMENT METHOD OF SPARPLATFORMABSTRACTThe development of offshore
5、platform is investigated. It can be draw a conclusionthat the TLP and Spar platform will be well used in the exploitation of deep sea area oil,especially fearfully deep sea area, in the future. Configuration of Spar platform wasintroduced. The difference between three generation Spar platform was co
6、mpared. Fromthe development state of Spar platform in abroad, we can see that the heave motion andVIV are two research aspects which are wildly cared.Basic theory of fatigue analysis is introduced. Traditional method of fatigue analysisis based on time domain loading information. But its impossible
7、to process twinklingdynamic analysis in time domain, because that the construction and loading of offshoreplatform are both complicated. Then, fatigue analysis method based on power spectrumcome into being. The static information about power spectrum of sea wave and ocean flowhas been possessed. Thi
8、s made its possible to analysis fatigue of offshore platform basedon power spectrum. Besides, method of fatigue analysis is introduced. The chief task offatigue analysis of offshore platform is to go along the analysis of key node.The fatigue life of Truss parts of a Truss Spar is analyzed. The Heav
9、e ResponseIIIABSTRACT上海交通大学硕士学位论文Amplitude Operator of SPAR platform was deduced from the motion function of linearsystem. The Heave Response Spectrum was obtained by choosing P-M wave spectrum.The fatigue loading spectrum was gotten through Heave Response Spectrum. The hot-stress was calculated by
10、finite element method, and then the Goodman function was usedto modify the stress amplitude. The fatigue life of tubular joints was carried out basing onS-N curves.Forces act on riser include gravitation, buoyancy, wave force, contact force withguide frame, interior flow force, VIV. Gravitation and
11、buoyancy are invariableness. Waveforce is very small. The contact force with guide frame and VIV are main force to riser.Size of these force is analyzed. Based on the analysis, the fatigue key part of riser is pointout. Its riser part between truss.Riser suffer both contact force with guide frame an
12、dVIV at this position.KEY WORDS: SPAR platform，fatigue analysis，power spectrum，marine risers，vortex-induced vibration，guide frame contact force,IVSchool of Naval Architecture, Ocean and Civil EngineeringDecember 2005上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或
13、集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：郭斌日期：2006 年 1 月 13 日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在本学位论文属于不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：郭斌日期：2006 年 1 月 13 日年解密后适用本授权书。指导教师签名：唐文勇日期：2006 年 1 月 13 日第一章绪论上海交通大学硕士学位论文第一章绪论1.1 海洋平台的发展现状陆上资源的日渐枯竭，资源开发向海洋，尤其是深海进军已成必然趋势,深海平台的研究对我国海洋油气开发
