本發(fā)明屬于漂浮式風(fēng)機疲勞計算,尤其涉及一種漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法。
背景技術(shù):
1、海上漂浮式風(fēng)機承受的環(huán)境載荷中風(fēng)載荷占比與傳統(tǒng)海上油氣平臺相比要大很多,而風(fēng)載荷本身存在極強的非線性,致使漂浮式風(fēng)機平臺的運動、結(jié)構(gòu)應(yīng)力均表現(xiàn)出較強的非線性,適用于常規(guī)海上油氣平臺的總體譜疲勞算法不再適用于漂浮式風(fēng)機平臺。
2、現(xiàn)行風(fēng)機設(shè)計規(guī)范和軟件中,風(fēng)機載荷采用時域算法遍歷得到,這也使得船級社規(guī)范也對漂浮式平臺的疲勞評估也要采用時域方法進行。目前各船級社對漂浮式風(fēng)機平臺的時域疲勞評估也僅僅是提出了要求,但行業(yè)內(nèi)并沒有就時域疲勞算法如何執(zhí)行達成共識。此外,現(xiàn)有的時域疲勞計算方法存在計算時間較長,占用較多計算資源等問題。
3、因此,亟需設(shè)計一種漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法,解決以上提到的現(xiàn)有的時域疲勞計算方法存在計算時間較長,效率低、占用較多計算資源的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決背景技術(shù)中提及的現(xiàn)有的時域疲勞計算方法存在計算時間較長,效率低、占用較多計算資源的技術(shù)問題,提供一種漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法,以解決上述的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法的具體技術(shù)方案如下:
3、一種漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法,包括如下步驟:
4、s1、根據(jù)規(guī)范與工程經(jīng)驗,選擇浮式風(fēng)機基礎(chǔ)中易疲勞的位置,將相關(guān)范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)定為隔離體;
5、s2、使用商業(yè)有限元軟件搭建浮式風(fēng)機基礎(chǔ)中隔離體的有限元模型;
6、s3、從風(fēng)機廠商提供的數(shù)據(jù)中,確定隔離體受到的主要循環(huán)荷載,以及這些循環(huán)荷在模型中的作用位置;
7、s4、將1000n或1000nm的力單獨施加在隔離體模型的位置li,結(jié)合慣性釋放法,得到隔離體模型的應(yīng)力分布,確定隔離體的最大主應(yīng)力σ1000;
8、s5、獲得隔離體模型外荷載循環(huán)fi對應(yīng)的疲勞應(yīng)力因子ki;
9、s6、根據(jù)疲勞應(yīng)力因子算法,可以得到外荷載循環(huán)fi產(chǎn)生的應(yīng)力時程曲線σi;
10、s7、將應(yīng)力時程曲線省略無效幅值,計算應(yīng)力幅值σa;
11、s8、根據(jù)s-n曲線處理得到的應(yīng)力幅數(shù)據(jù),計算每個應(yīng)力幅在材料破壞時的循環(huán)次數(shù);
12、s9、使用累計損傷理論miner準則,可以得到對應(yīng)的累積疲勞損傷值d;
13、s10、確定浮式風(fēng)機關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。
14、進一步,獲得隔離體模型外荷載循環(huán)fi對應(yīng)的疲勞應(yīng)力因子ki的計算公式如下:
15、ki=σ1000/1000
16、進一步,根據(jù)疲勞應(yīng)力因子算法,可以得到外荷載循環(huán)fi產(chǎn)生的應(yīng)力時程曲線σi的計算公式如下:
17、σi=fi*ki
18、進一步,將應(yīng)力時程曲線省略無效幅值,計算應(yīng)力幅值σa的計算公式如下:
19、σa=|σmax-σmin|/2
20、其中,
21、σmax-每個荷載循環(huán)中的最大應(yīng)力值;
22、σmin-每個荷載循環(huán)中的最小應(yīng)力值;
23、進一步,使用累計損傷理論miner準則,可以得到對應(yīng)的累積疲勞損傷值d的計算公式如下:
24、
25、其中,
26、di-第i個應(yīng)力幅所造成的疲勞損傷數(shù)值;
27、k-應(yīng)力幅數(shù)量;
28、ni-第i個應(yīng)力幅對應(yīng)的循環(huán)次數(shù);
29、ni-第i個應(yīng)力幅在材料破環(huán)時的循環(huán)次數(shù);
30、進一步,確定浮式風(fēng)機關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的疲勞壽命的計算公式如下:
31、
32、其中,
33、a-設(shè)計壽命。
34、本發(fā)明的漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法具有以下優(yōu)點:
35、通過使用商業(yè)有限元軟件建立浮式風(fēng)機基礎(chǔ)中隔離體的有限元的模型,根據(jù)剛度等效原理,從中提取出需要進行疲勞校核的關(guān)鍵結(jié)構(gòu);將1000n或1000nm的標(biāo)準荷載施加在外力作用的位置,確定關(guān)鍵結(jié)構(gòu)模型的疲勞應(yīng)力系數(shù),得到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力時程曲線;根據(jù)s-n曲線處理得到的應(yīng)力幅數(shù)據(jù),計算每個應(yīng)力幅在材料破壞時的循環(huán)次數(shù);結(jié)合累計損傷理論miner準則得到疲勞損傷值,并進一步計算得到結(jié)構(gòu)的疲勞壽命,有效提升浮式風(fēng)機時域疲勞校核的計算效率,減少調(diào)動的計算資源,且計算精度滿足工程要求,具有良好的工程適應(yīng)性。
1.一種漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法,其特征在于,包括如下步驟:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法,其特征在于,獲得隔離體模型外荷載循環(huán)fi對應(yīng)的疲勞應(yīng)力因子ki的計算公式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法,其特征在于,根據(jù)疲勞應(yīng)力因子算法,可以得到外荷載循環(huán)fi產(chǎn)生的應(yīng)力時程曲線σi的計算公式如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法,其特征在于,將應(yīng)力時程曲線省略無效幅值,計算應(yīng)力幅值σa的計算公式如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法,其特征在于,使用累計損傷理論miner準則,可以得到對應(yīng)的累積疲勞損傷值d的計算公式如下:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漂浮式風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的快速時域疲勞計算方法,其特征在于,確定浮式風(fēng)機關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的疲勞壽命的計算公式如下: