基于譜分析的自升式平臺疲勞強度評估方法研究

摘 要：疲勞損傷是大型海洋平臺結構破壞的主要模式之一，在結構設計階段進行疲勞強度安全性評估是十分必要的。本文以一自升式平臺為例，通過對其疲勞載荷進行直接計算，基于S-N曲線和Miner疲勞累計損傷機理，采用譜分析方法對典型節點進行了疲勞強度分析。本文方法為自升式平臺的疲勞強度評估提供重要的參考意義。

關鍵詞：自升式平臺；疲勞；譜分析；有限元

中圖分類號：U661.43 文獻標識碼：A

1 引言

疲勞破壞是海洋工程結構主要的失效模式[1]之一，海洋環境的復雜性、隨機性導致自升式平臺的設計載荷往往得不到合理的考慮。此外，自升式平臺長期受環境載荷的持續作用，其結構中產生大小交替變化的應力，極易發生疲勞破壞，從而威脅整個平臺的安全。因此，對自升式平臺進行準確合理的疲勞計算是十分必要的。

自升式平臺工作狀態下受到風、浪、流等環境載荷作用，其中波浪載荷是主要的疲勞載荷，通常采用Morison公式計算[2]。自升式平臺工作海域水深較大。結構自身柔性也較大，因而平臺結構的固有周期也將增加，導致結構與海洋環境共振的可能性隨之增大。ABS規范[3]規定：工作水深100m以上的自升式平臺須進行動力分析。因此，對自升式平臺結構而言，動力效應對結構疲勞強度的影響不可忽略。

海洋工程的疲勞問題主要基于S-N曲線和Miner線性累積損傷理論的疲勞累積損傷分析方法，可進一步分為疲勞設計法和疲勞分析法兩種[4]：前者即為疲勞許用應力法，諸多船級社規范常采用此類方法；……