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海洋工程结构的疲劳问题
Histogram of wave distributions with wave heights and periods
海洋工程结构的疲劳问题
Percentage exceedance for choosing base wave case height
w:\depts\151\a\Prop Nos\362801918\G\12069_pres
Spectral Fatigue Analysis
海洋工程结构的疲劳问题
海洋工程结构的疲劳问题
Dynamic Spectral Fatigue Analysis
Plot of mode shapes
Natural frequencies & mode shapes
Wave loading
Steady state response analysis
percentage exceedance 0.5% 1200
percentage exceedance 1%
1000
800
600
400
200
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Hot Spot Number
海洋工程结构的疲劳问题
Calibration of the improved spectral fatigue analysis
• Shell’s Leman Platform • Installed in Southern North Sea in 1970 • 30 year service life • Spectral fatigue analysis carried out in 1990 indicated numerous joints with lives less than 10 years • Inspection of 46 joints - only 2 joints with crack indication after 10 years
海洋工程结构的疲劳问题
Major Considerations in Fatigue Analysis
Objective Verify environmental data Specify fatigue analysis method Choose steepness for base wave cases Determine SCFs Define design fatigue life
海洋工程结构的疲劳问题
S-N曲线和Palmgren-Miner线性累积损伤法
应力幅值
S-N 曲线
疲劳破坏值
Miner线性累积损伤法步骤
随机波浪力
规则波浪力
海洋工程结构的疲劳问题
平台
规则响应力
相应力循 环次数 n
S-N曲线
得到的循 环次数 N
海洋工程结构的疲劳问题
疲劳分析方法
Design Methods (S-N & Miner’s Rule)
Flow diagram of fatigue analysis using ASAS 海洋工程结构的疲劳问题
海洋工程结构的疲劳问题
Sea surface elevation spectrum (JONSWAP, Hs=3.25m, Tz=6.5s)
海洋工程结构的疲劳问题
Stress response spectra for different methods
28.5
28 Corpus Christi
27.5
• Platforms • Damage
27
-98
-96
-94
-92
-90
-88
-86
Longitude
4
海洋工程结构的疲劳问题
海洋平台破坏情况 分类 – 墨西哥湾
Others 14%
Weld Defects 9%
Corrosion 20%
Mechanical Defects 57%
Relationship Between Wave Height and Force for Each Base Wave Case and Associated Points on Transfer Function
period
海洋工程结构的疲劳问题 Fatigue Lives at Critical Joint for Different Base Wave Heights
SCF Fatigue analysis
海洋工程结构的疲劳问题
海洋平台安全寿命评估及检修决策图
海洋工程结构的疲劳问题
Linear and Actual Relationship Between Wave Heights and Wave Forces
Steepness
=
2πH
gT 2
海洋工程结构的疲劳问题
12
percentage exceedance 0.01%
largest non-breaking wave
10
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
25
30
Wave Period (sec)
海洋工程结构的疲劳问题
The Shallow water platform model
most critical node
1980
‘82
‘78
‘84
1990
‘8 ‘91‘92 ‘93
‘97
9
Industry Hurricanes Standards
Hilda Failures
Camille Failures
Incomplete CP history
Juan Failures (manned)
Andrew Failures
Deterministic method: • Easy for use • Limited number of regular waves • No true nature of sea & irregularity of waves Spectral method: • Random nature of the sea • Computational efficiency • Based on linear system Time history method: • Considering nonlinear problem • Random waves • Time consuming and costs
2012年
9
疲劳破坏实例
海洋工程结构的疲劳问题
10
疲劳破坏实例
海洋工程结构的疲劳问题
疲劳失效发生的位置
海洋工程结构的疲劳问题 Dent (Primary Defect)
Crack
Bow (Collateral Defects)
Gouge
12
疲劳分析方法
海洋工程结构的疲劳问题
• S-N曲线和Palmgren-Miner线性累积损伤法 • 断裂力学法 • 可靠性分析方法
海洋工程结构的疲劳问题
Comparison of fatigue life estimation for different methods
Fatigue Life (Year)
1600
largest non-breaking wave
1400
deterministic
percentage exceedance 0.1%
∫ mn =
∞ 0
f
n Sηη
(f
)df
Sηη ( f ) = sea states pectrum
An improved approach using the Longuet-H海ig洋g工in程s 结构的疲劳问题 wave height-period joint probability density function
Fatigue Life (Year)
1400 1200
steepness 1/7 steepness1/15
1000
800
600
400
200
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Hot Spot Number
海洋工程结构的疲劳问题
Calibration of the estimate of spectral fatigue analysis
Base wave cases for different percentage ex海ce洋ed工an程c结e v构a的lue疲s劳问题
Wave Height (m)
16
14
percentage exceedance 1.0%
percentage exceedance 0.5%
percentage exceedance 0.1%
5
海洋工程结构的疲劳问题
海洋平台焊接处破坏情况 – 墨西哥湾
Appurtenance 10% Design Repair 3%
Collateral Impact 6%
Fabrication 5%
Fatigue改进
1950
‘48
1960
‘64
1970
‘72 ‘69
海洋工程结构的疲劳问题
• 疲劳破坏/疲劳失效
疲劳失效特征： • 累积损伤过程 • 裂纹萌生 • 裂纹扩展 • 瞬间断裂 • 无明显塑性变形 • 裂纹扩展区（光 滑断面） • 瞬间断裂区（粗 糙断面）
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海洋平台破坏情况 – 墨西哥湾
30.5