sacs的详细疲劳分析的基本概念.pdf

SACS详细疲劳分析的基本概念SACS详细疲劳分析的基本概念 汇报人：尹彦坤汇报人：尹彦坤 12014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 1 1 1 1、名义应力、名义应力、名义应力、名义应力 、热点应力、切口应力、热点应力、切口应力、热点应力、切口应力、热点应力、切口应力 在结构构件中根据其受力和截面特性，名义应力是用梁等简单理论求得的一般应力，例如： 1 1 1 1、名义应力、名义应力、名义应力、名义应力 、热点应力、切口应力、热点应力、切口应力、热点应力、切口应力、热点应力、切口应力 在所讨论的热点位置上的截面特性，名义应力的计算仅仅计及节点的总体几何改变(例如开口，尺度改在所讨论的热点位置上的截面特性，名义应力的计算仅仅计及节点的总体几何改变(例如开口，尺度改 变和加肘板等)，因而名义应力是由结构总体受力分析求得的各杆件横截面平均应力 切应力也称为局部应力是指节点圆管交接处因几何连续焊趾部形状缺陷等因素引起的应切口应力也称为局部应力，是指节点圆管交接处，因几何不连续，焊趾部形状及缺陷等因素引起的应 力，它考虑了由于结构几何效应，以及焊接存在引起的应力集中。 同切口应力相比，热点应力只是考虑结构外形的不连续，不考虑焊趾与缺陷的影响。 热点应力包括由于结构间断和附加结构的存在而引起的应力集中， 但不包含焊接的影响。热点应力也叫最大几何应力，但不含焊接的影响。热点应力叫最大几何应力， 疲劳裂纹常常在热点处产生并扩展。 通常热点应力在围绕相贯线的8个点上进行评估。 22014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 1 1 1 1、热点应力、热点应力、热点应力、热点应力 热点应力产生原因 1 1 1 1、热点应力、热点应力、热点应力、热点应力 32014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 1 1 1 1、热点应力、热点应力、热点应力、热点应力 热点应力的计算 1 1 1 1、热点应力、热点应力、热点应力、热点应力 42014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 1 1 1 1、应力集中系数、应力集中系数、应力集中系数、应力集中系数 应力集中系数的计算 采用国际通用的Efthymiou公式API RP 2A规定 1 5SCF10 1 1 1 1、应力集中系数、应力集中系数、应力集中系数、应力集中系数 采用国际通用的Efthymiou公式 ，API RP 2A规定 1.5SCF10。 注意，弦杆端和撑杆端的应力集中系数不同。 52014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 2 2、S S S S- - - -N N N N曲线曲线曲线曲线 S-N曲线 2 2、S S S S N N N N曲线曲线曲线曲线 横坐标表示容许应 力循环次数，纵坐 标代表热点应力幅 值。 62014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 2 2、S S- -N N曲线曲线曲线曲线 厚度修正，S-N曲线是用标准试件（16mm）厚做实验得到的曲线，所以对于其他壁厚的试件要进行厚 度修正。 2 2、S S N N曲线曲线曲线曲线 72014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 3 3、疲劳线性累加的、疲劳线性累加的、疲劳线性累加的、疲劳线性累加的minerminerminerminer 法则法则法则法则3 3、疲劳线性累加的、疲劳线性累加的、疲劳线性累加的、疲劳线性累加的minerminer minerminer 法则法则法则法则 Miner法则及寿命安全系数Miner法则及寿命安全系数 82014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 4 4、疲劳控制技术、疲劳控制技术、疲劳控制技术、疲劳控制技术 疲劳控制技术疲劳控制技术 焊接外形控制(ldifil ) 4 4、疲劳控制技术、疲劳控制技术、疲劳控制技术、疲劳控制技术 焊接外形控制(welding profile) 焊趾打磨(weld toe grinding) 锤击 (hammer peening)锤击 (hammer peening) 焊后热处理(post weld heat treatment) 92014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 5 5、SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 桩基线性化桩基线性化桩基线性化桩基线性化5 5、SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 桩基线性化桩基线性化桩基线性化桩基线性化 Damage Center与桩基线性化Damage Center与桩基线性化 目前桩基线性化方法的缺点，无法预报伴生流和风的数据。目前桩基线性化方法的缺点，无法预报伴生流和风的数据。 The center-of-damage wave is estimated using the following method: Hmax = 1.72 x Hs The center-of-damage wave is estimated using the following method: Hmax = 1.72 x Hs TmaxTmax = 1 27 x= 1 27 x TzTzandandTpTp = 1 414 x= 1 414 x TzTzTmaxTmax = = 1 1. .2727 x x TzTzandand TpTp = = 1 1. .414414 x x TzTz Where: Hs Where: Hs d dT T= an= and d T Tz= Where: Hsi= significant wave height of sea-state i, z= Where: Hsi= significant wave height of sea-state i, T iT iii dfii dfi iT Tz zi i= mean zero-cross= mean zero-crossi ing perng peri io od d o of f sea-state sea-state i i, Di = indicative damage contribution of sea-state i, which can be estimated via: Where: , Di = indicative damage contribution of sea-state i, which can be estimated via: Where: m = inverse log-log slope of API S-N curve for welded tubular joints; m=3.m = inverse log-log slope of API S-N curve for welded tubular joints; m=3. 102014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC Pi = Probability of occurrence for sea-state i.Pi = Probability of occurrence for sea-state i. 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 5 5、SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 模态分析模态分析模态分析模态分析5 5、SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 模态分析模态分析模态分析模态分析 模态分析模态分析 模态分析是动力分析的基本方法，无论是时域分析还是频域分析都要用到。模态分析是动力分析的基本方法，无论是时域分析还是频域分析都要用到。 模态由特征方程求解得到，模态与模态之间正交，即没有耦合，所以相当于坐标系的变换 ，从X/y/z坐标系变换成模态坐标系，一个模态相当于一个单自由度体系。 详见结构动力学。 模态的能量跟振动周期的平方成正比，所以只取前面几阶模态就可以满足精度要求。模态的能量跟振动周期的平方成正比，所以只取前面几阶模态就可以满足精度要求。 112014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 5 5SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 传递函数传递函数传递函数传递函数5 5、SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 传递函数传递函数传递函数传递函数 传递函数的生成传递函数的生成 因为疲劳波浪都是小振幅波所以采用线性波理论Airy；波浪周期一般取2S 20S的范围波陡取因为疲劳波浪都是小振幅波，所以采用线性波理论Airy；波浪周期一般取2S20S的范围，波陡取 1/201/25。 采用确定性波浪进行结构响应分析，阻尼比2% . Cd，Cm取值 对于 相同周期不同波高的波浪，认为波浪响应跟波高成正比， 这是一种近似的方法，但是造成的误差不大。 一般把波浪周期分解成36个相位分别计算应力值，=max(36)-min(36); 热点应力幅= X 应力集中系数 ，真正对节点疲劳寿命有用的是 热点应力幅的传递函数。 122014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 热点应力幅 X 应力集中系数 ，真正对节点疲劳寿命有用的是 热点应力幅的传递函数。 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 5 5、SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 概率分布表概率分布表概率分布表概率分布表5 5、SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 概率分布表概率分布表概率分布表概率分布表 理解波浪概率分布表 一组（Hs和Tz）代表了一个持续时间段内随机波浪 统计值。 这个随机波浪的持续时间=设计寿命X出现概率。 直接用Hs 乘上传递函数 来计算疲劳寿命是会造成 巨大误差的而应该采用谱分析方法巨大误差的，而应该采用谱分析方法。 132014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 5 5、SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 频谱分析频谱分析频谱分析频谱分析5 5、SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 频谱分析频谱分析频谱分析频谱分析 随机 波浪的描述随机 波浪的描述 随机波浪一般用频谱来描述，常用pm谱和JONSWAP谱两种，横坐标代表波频， 纵坐标代表波能 ，正比于 H2/8. 随机波浪使用无数个随机频率，随机波高的波浪叠加成的；频谱就是把随机波浪的能量按照频 率来分解类似于傅里叶分解参考中国海上油气论文JONSWAP适用于中国南海峰升率来分解，类似于傅里叶分解。参考中国海上油气论文，JONSWAP适用于中国南海，峰升 因子取2。 142014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 5 5、SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 应力谱应力谱应力谱应力谱5 5、SACSSACSSACSSACS运算步骤，运算步骤，运算步骤，运算步骤， 应力谱应力谱应力谱应力谱 应力谱的生成应力谱的生成 传递函数是G（f） 是 热点应力幅VS 频率， 波谱 是 H*H/8 Vs频率。 应力谱的计算公式如下， 所以应力谱是热点应力幅的平方/8 VS 频率。 152014-4-16 中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC中海油能源发展油建工程设计研发中心 CNOOC 导管架详细疲劳分析导管架详细疲劳分析 5 5、应力谱计算有效应力和有效周期、应力谱计算有效应力和有效周期、应力谱计算有效应力和有效周期、应力谱计算有效应力和有效周期5 5、应力谱计算有效应力和有效周期、应力谱计算有效应力和有效周期、应力谱计算有效应力和有效周期、应力谱计算有效应力和有效周期