深海顶张紧式立管涡激振动疲劳可靠性研究 - 海洋工程.PDF

第３２卷第６期 海 洋 工 程 Ｖｏｌ.３２ Ｎｏ.６ ２０１４年１１月 ＴＨＥ ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｎｏｖ. ２０１４ 　 　 文章编号:１００５￣９８６５(２０１４)０６￣００１７￣０７ 深海顶张紧式立管涡激振动疲劳可靠性研究 张晓莹ꎬ薛鸿祥ꎬ唐文勇 (上海交通大学 海洋工程国家重点实验室 高新船舶与深海开发装备协同创新中心ꎬ上海　 ２００２４０) 摘　 要:以深海顶端张紧式立管为研究对象ꎬ基于圆柱体受迫振荡实验数据和能量平衡原理预报立管涡激振动响应及其诱发 的疲劳损伤度ꎬ各主要参数随机化ꎬ应用响应面法建立了涡激振动疲劳安全系数与极限状态方程关系ꎬ研究了疲劳安全系数 对结构可靠性的影响ꎬ并分析了各随机变量的灵敏度ꎮ 研究结果表明:１)随着疲劳安全系数的增大ꎬ结构失效概率逐渐减小ꎬ 且失效概率的减小幅度随疲劳安全系数的增加而趋缓ꎮ 疲劳安全系数 无需超过２０ꎮ ２)增加疲劳安全系数 可降低疲劳 ＳＦ ＳＦ 载荷不确定量 、Ｓ￣Ｎ 曲线参数 、顶张力、流速、外径和壁厚等立管及环境随机变量对结构涡激振动疲劳损伤可靠性的影响ꎮ Ｂ Ａ ３)立管各参数中ꎬ流速、外径和壁厚均值越大ꎬ立管结构安全度越低ꎬ顶张力对结构影响相反ꎻ各参数的标准差越大ꎬ结构可靠 度越低ꎮ 均值灵敏度由大到小依次为顶张力、流速、外径和壁厚ꎬ标准差灵敏度由大到小依次为流速、张力、外径和壁厚ꎮ ４) 壁厚对深海顶张紧式立管涡激振动所致疲劳损伤影响很小ꎬ可忽略其影响ꎮ 研究成果可为深海顶张紧式立管涡激振动疲劳 安全系数的选取提供参考ꎮ 关键词:立管ꎻ涡激振动ꎻ疲劳可靠性ꎻ安全系数ꎻ深海 中图分类号:Ｐ７５１　 　 　 文献标识码:Ａ ＶＩＶ ｆａｔｉｇｕｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｆａｔｉｇｕｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｅｅｐ￣ｗａｔｅｒ ｒｉｓｅｒ ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ￣ｙｉｎｇꎬＸＵＥ Ｈｏｎｇ￣ｘｉａｎｇꎬＴＡＮＧ Ｗｅｎ￣ｙｏｎｇ (Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｏｃｅａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｈｉｐ ａｎｄ Ｄｅｅｐ￣Ｓｅａ Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ＥｑｕｉｐｍｅｎｔꎬＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏ Ｔｏｎｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００２４０ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｖｏｒｔｅｘ ｉｎｄｕｃｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ (ＶＩＶ) ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｔｏｐ ｔｅｎｓｉｏｎｅｄ ｒｉｓｅｒ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａｏｆｒｉｇｉｄｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｅｎｅｒｇｙｂａｌａｎｃｅ. Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｌｉｍｉｔｓｔａｔｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｆａｔｉｇｕｅｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ. Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｆａｔｉｇｕｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｒａｎｄｏｍ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ. Ｔｈｉｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｍａｙ ｂｅ ｗｏｒｔｈｗｈｉｌｅ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ＶＩＶ ｆａｔｉｇｕｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｆｏｒ ｄｅｅｐ￣ｗａｔｅｒ ｒｉｓｅｒ’ｓ ｄｅｓｉｇｎ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｒｉｓｅｒꎻｖｏｒｔｅｘ ｉｎｄｕｃｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎꎻｆａｔｉｇｕｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙꎻｆａｔｉｇｕｅ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒꎻｄｅｅｐ￣ｗａ