CN119442818A 海底悬跨管线抗震性能评估方法、装置、设备及存储介质 （石家庄铁道大学）

本发明提供海底悬跨管线抗震性能评估方于横流向涡激振动导致的年疲劳损伤和顺流向2基于预先构建的海底悬跨管线的有限元模型和流速概率，确定基于所述横流向涡激振动导致的年疲劳损伤和所述顺流向涡激振动导致的年疲劳损基于所述待评估的悬跨管线的时变材料特性，对所述有限元模型对所述时变有限元模型进行非线性时程分析，得到所述基于预先构建的海底悬跨管线的有限元模型，确定所述待评估基于所述海底悬跨管线的有限元模型，确定所述待评估的悬跨管基于预先构建的海底悬跨管线的有限元模型，提取横流向固有频率基于所述横流向固有频率和每个固有频率对应的振动模态，确定基于各个振动模态下对应的横流向振幅，确定所述待评估基于所述待评估的悬跨管线在任意位置处由单横流向振动模态引所述待评估的悬跨管线在任意位置处由多模态横流向涡激振动引起的应力范围和循环计确定3个等级下所述待评估的悬跨管线在任意位置处由单横流向振动模态引起的应力3基于所述海底悬跨管线的有限元模型，提取顺流向固有频率和每基于所述顺流向固有频率和每个固有频率对应的振动模态，确基于所述各个振动模态对应的顺流向振幅，确定所述待评估的悬基于所述待评估的悬跨管线在任意位置处由单顺流向振动模态引起的初始应力范围，基于所述顺流向贡献模态相邻模态间的固有频率比，确定基于所述相邻模态竞争折减系数以及所述初始应力范围，确获取所述待评估的悬跨管线所处的海流数据，并基于威布尔分布模型和所述海流数对所述待评估的悬跨管线所处的深海海流中流速的概率分布进行离散化流速确定模块，用于基于待评估的悬跨管线所处的海流数据损伤确定模块，用于基于预先构建的海底悬跨管线的有限流向涡激振动导致的年疲劳损伤和顺流向涡激振动特性确定模块，用于基于所述横流向涡激振动导致的年疲模型更新模块，用于基于所述待评估的悬跨管线的时变材料特性，对分析模块，用于对所述时变有限元模型进行非线性时程分评估模块，用于基于所述不同寿命阶段的结构响应，确定不同寿命49.一种电子设备，其特征在于，包括存储器5和横流向周期往复的涡激振动可能会使得悬跨段出现疲劳损伤或者加基于待评估的悬跨管线的时变材料特性，对有限元模型中的材料特性进行更新，6评估的悬跨管线在任意位置处由多模态横流向涡激振动引起的应力范围和循环计数频率，待评估的悬跨管线在任意位置处由多模态横流向涡激振动引起的应力范围和循环计数频确定3个等级下待评估的悬跨管线在任意位置处由单横流向振动模态引起的应力基于待评估的悬跨管线在任意位置处由单顺流向振动模态引起的初始应力范围，7合得到待评估的悬跨管线所处的深海海流中流速的定横流向涡激振动导致的年疲劳损伤和顺流向涡激振动现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方8图8是本发明实施例提供的悬跨管线在不同寿命阶段对应于轻微损伤状态的易损图9是本发明实施例提供的悬跨管线在不同寿命阶段对应于中度损伤状态的易损图10是本发明实施例提供的悬跨管线在不同寿命阶段对应于严重损伤状态的易9[0021]参见图1，其示出了本发明实施例提供的海底悬跨管线抗震性能评估方法的实现[0023]接着，对待评估的悬跨管线所处的深海海流中流速的概率分布进行离散化处理，数Weibull分布模型对收集到的海底悬跨管线结构周围的海流数据进行拟合，得到待评估为第q个区间的代表流速，其取值为该区间流速的中值，f(u)为待评估振动导致的年疲劳损伤和顺流向涡激振动导致的[0031]通过ABAQUS有限元软件建立海底悬跨管线的有限元模型，提取横流向固有频率(当流速比a>0.8时：当流速比as0.8时：约化速度的关系。通过图2即可计算得到各个振动模态对应的横流向振幅A/D的取;计算管线悬跨段任意位置处xk由单横流向振动模态导致的应力范围：;。[0041]S1213、基于待评估的悬跨管线在任意位置处由单横流向振动模态引起的应力范;[0043]在确定了待评估的悬跨管线在任意位置处由多模态横流向涡激振动引起的应力化速度。VIV响应模型中顺流向响应振幅x,ro与约化速度的关系，根据图3即可确定各个振动模。[0054]悬跨管线在任意位置xk处由单顺流向振动模;;n'和初始应力范围序列s"(x)。判断相邻模态是否发生竞争，如果两个相邻j=1,2,…,n'；;;选择其固有频率最接近由横流向主导模态固有频率两倍的顺流向模态作为横流;计算待评估的管线悬跨在任意位置处XK由横流向致顺流向VIV导致的应力范围;,S1223、基于待评估的悬跨管线在任意位置处由单顺流向振动模态引起的初始应;;。[0059]在确定了待评估的悬跨管线在任意位置处由多模态顺流向涡激振动引起的应力[0062]将横流向VIV疲劳损伤与顺流向VIV疲劳损伤进行线性叠加即可得到待评估的悬[0064]基于横流向涡激振动导致的年疲劳损伤Da.o(I)和顺流向涡激振动导致的年;;[0068]以待评估的悬跨管线的最大应变EP作为结构地震需求指标，定义结构的损伤状;其中，表示作用下结构达到某种性能水平的概率；(·)值；Bnmwm表示结构需求的对数标准差，分别用来反映地震动的不确定性和结构建模的[0072]在得到考虑VIV疲劳效应的不同寿命阶段悬跨管线的地震易损性曲线后，即可基可得到海底悬跨管线在整个疲劳周期内造成的横流向VIV疲劳损伤。图5给出了结构算例1.45m/s范围内的流速第2阶振动模态为主导模态。可以计算不同海流流速作用下海跨管线结构沿轴向不同位置处的顺流向VIV疲劳损伤值。图6给出了结构算例120个不确定有限元模型沿轴向不同位置处顺流向VIV年疲劳损[0082]将上述得到的横流向VIV疲劳损伤与顺流向VIV疲劳损伤进行线性叠加即可得到[0084]计算考虑VIV疲劳损伤的时变材料特性，可以得到结构算例不同位置处的时变材;;[0086]采用随机变量方法共生成120条地震动时程，选取最大应变作为结构的损伤状态[0088]采用生成的地震动时程分别对不同的时变有限元模型进;可以计算对应于不同极限状态的不同寿命阶段悬跨管线的地震易损性曲线如图破坏概率均随疲劳时间成上升趋势。以PGA=0.6g为例，未发生疲劳损伤的悬跨管线达到限状态的概率为99.58%、94.47%和33.31%，相对于未发生疲劳损伤的悬跨管线分别增大底悬跨管线结构的抗震设计和抗震分析必须考虑VIV疲劳损伤跨管线在不同服役时间的疲劳损伤，也可以评估海底悬跨管线在不同寿命阶段的抗震性能。从而可以克服以往在评估抗震性能时忽略涡激振动引起的疲劳效应对悬空关系的影的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限了应用于该海底悬跨管线抗震性能评估方法的海底悬跨管线抗震性能评估装置的具体实行的计算机程序122。所述处理器120执行所述计算机程序122时实现上述各个海底悬跨管其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field_ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器[0101]所述存储器121可以是所述电子设备12的内部存储单元，例如电子设备12的硬盘部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器121用于存储所述计算机程序以及所述电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器121还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输[0108]所述集成的模块/单元如果以软件