含裂纹海洋立管的疲劳寿命及可靠性分析

发布时间：2020-04-12 17:53

【摘要】：海洋立管作为连接海洋平台和海底设备的导管,是油气开采系统的重要部件,同时也是薄弱易损的构件之一。在内部流体和外部环境载荷的共同作用下,海洋立管难免会产生各种缺陷和损伤,在缺陷处会生成裂纹并逐渐扩展,最后导致海洋立管发生断裂失效和疲劳破坏。海洋立管的失效破坏不仅会造成严重的经济损失,还会造成海洋生态环境的破坏。限于人力和物力,不可能对所有含裂纹缺陷的海洋立管进行更换或返修,因此研究裂纹缺陷对海洋立管疲劳寿命的影响,并对含裂纹海洋立管的疲劳可靠性进行分析,对保障海洋立管的安全性具有十分重要的实际意义。本文针对含裂纹的海洋立管主要做了以下工作： 基于线性波浪理论计算作用于海洋立管上的波浪力,建立含外表面裂纹海洋立管的有限元模型,采用ANSYS有限元软件计算含裂纹海洋立管在内压和波浪力共同作用下的疲劳寿命,分析海洋立管的疲劳寿命随裂纹长度、裂纹深度、裂纹椭圆率以及裂纹夹角的变化规律。计算与分析结果表明：裂纹长度和裂纹深度的增加都会使海洋立管的疲劳寿命减小,但裂纹深度对海洋立管疲劳寿命的影响远大于裂纹长度。当裂纹深度较小时,海洋立管疲劳寿命随裂纹深度的增加而急剧减小；对于同一深度的裂纹,裂纹椭圆率越大,海洋立管的疲劳寿命越大。当海洋立管所含裂纹的参数相同时,环向裂纹对海洋立管疲劳寿命的影响明显小于轴向裂纹,即含轴向裂纹的海洋立管更容易发生疲劳破坏。总之,海洋立管的疲劳寿命主要取决于轴向裂纹深度的大小。对于含两个轴向表面裂纹的海洋立管,随着裂纹之间夹角的增大,裂纹处波浪力与内压相互作用之后产生的等效交变应力会随之增大,海洋立管的疲劳寿命会随着两裂纹之间夹角的增大而缓慢减小。 根据疲劳可靠性理论的基本原理,确定疲劳载荷的概率模型。考虑S-N曲线、波浪力的计算以及Miner线性累积损伤理论的不确定性,以寿命准则为依据建立极限状态函数,得出含裂纹海洋立管疲劳寿命的表达式,并推导含裂纹海洋立管失效概率及可靠性指标的计算公式。最后针对某一特定海况的含裂纹海洋立管进行可靠性分析,并计算相应的可靠度及可靠性指标。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P756.2

【参考文献】

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本文编号：2625006