提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法，包括以下步骤：建立系泊链(缆)三维构型；海底边界构型建立；系泊链(缆)张力计算；系泊链(缆)中纤维缆动刚度的计算及引入；系泊链(缆)整体疲劳损伤评估；系泊链(缆)中关键链环损伤演变计算；系泊链(缆)中关键链环面外弯曲(OPB)疲劳损伤评估；系泊链(缆)中关键链环极限强度演变评估。本发明专利技术的提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法通过建立一套考虑系泊链(缆)全寿命期内腐蚀磨损的疲劳强度安全评估和极限强度评估技术，以此来模拟更为真实和复杂的系泊环境条件，提高了计算分析的准确性和合理性。

【技术实现步骤摘要】
提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法
本专利技术涉及海洋石油工程
，具体而言，特别涉及一种提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法。
技术介绍
随着海洋环境愈加复杂多变，探究领域不断地拓展，在进行系泊分析时须考虑更加真实而复杂的海况环境。对于绷紧式系泊系统，合成纤维缆索作为新型的系泊链(缆)形式在系泊过程中展现出优越的性能，但材料本身具备强烈的非线性特性，这极大地增加了平台系泊分析时的难度。其中动刚度是影响系泊张力的主要原因，因此有必要在常规的系泊动力响应分析研究中考虑动刚度特性的影响。对于悬链式系泊系统，系泊链(缆)在系泊状态下存在很长的拖地段，在传统的系泊分析研究中，海底边界通常被考虑为水平的理想情况，这显然无法真实地模拟复杂的地形条件。因此考虑复杂海底边界对于提高系泊分析的准确性是十分有意义的。浮式平台在海面作业时受到风浪流载荷的联合作用会在水平面内发生偏移，此时复杂多变的环境载荷使系泊链(缆)产生交变应力，而这种交变应力周期性的累积效应极易造成系泊装置的破损及断裂，最终导致系泊系统的失效。常见的失效模式有两种，疲劳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、建立系泊链(缆)三维构型；/nS2、海底边界构型建立；/nS3、所述系泊链(缆)张力计算；/nS4、所述系泊链(缆)中纤维缆动刚度的计算及引入；/nS5、所述系泊链(缆)整体疲劳损伤评估；/nS6、所述系泊链(缆)中关键链环损伤演变计算；/nS7、所述系泊链(缆)中关键链环面外弯曲(OPB)疲劳损伤评估；/nS8、所述系泊链(缆)中关键链环极限强度演变评估。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立系泊链(缆)三维构型；
S2、海底边界构型建立；
S3、所述系泊链(缆)张力计算；
S4、所述系泊链(缆)中纤维缆动刚度的计算及引入；
S5、所述系泊链(缆)整体疲劳损伤评估；
S6、所述系泊链(缆)中关键链环损伤演变计算；
S7、所述系泊链(缆)中关键链环面外弯曲(OPB)疲劳损伤评估；
S8、所述系泊链(缆)中关键链环极限强度演变评估。


2.根据权利要求1所述的提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法，其特征在于，步骤S1中，采用Matlab软件编制求解系泊链(缆)静态构型程序，通过对系泊链(缆)节点进行静力分析计算和采用分段附属性的方式以及迭代求值的方式实现所述系泊链(缆)构型的三维仿真计算。


3.根据权利要求1所述的提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法，其特征在于，步骤S2中将复杂的所述海底边界考虑成大范围倾斜和局部坑洼两种情况，通过海床不同位置垂向高度来刻画复杂的海底样貌，据此在坐标系中建立海底边界方程zbot如下式所示，并建立海底边界构型，
对于倾斜海底：
kbot＝tanα
bbot＝z0-kbotx0
zbot＝kbotx+bbot
式中，α为海底倾斜角，kbot为计算的海底倾斜的斜率，bbot为海底直线边界方程的截距，(x0，z0)为锚点的位置；
对于坑洼海底：
zbot＝Asin[π/ω×(x-x0)]+z0



α＝atan(kbot)
式中，A代表海底坑洼的深度，ω代表坑洼的宽度。


4.根据权利要求1所述的提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法，其特征在于，步骤S3中，通过Matlab软件编制用于系泊链(缆)动力响应分析的耦合迭代算法，通过输入系泊链(缆)顶端的运动时程来模拟浮体在海面上的运动，并将海流及Airy波的相关参数引入分析模型中计算流体载荷大小，根据牛顿-拉夫逊法，将节点运动的非线性方程线性化，形成简易的迭代格式，对每一时间步内系泊链(缆)张力结果反复迭代求解，完成时域范围内系泊链(缆)动张力的求解，其中，位移差分格式：






式中，xi，为节点i运动的位移，速度及加速度；
节点约束方程：



式中，E为弹性模量，A为系泊链(缆)的横截面积，两者相乘即为系泊链(缆)的刚度大小。


5.根据权利要求1所述的提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法，其特征在于，步骤S4中，基于绷紧式的系泊系统中的纤维缆存在复杂的动刚度特性，采用统计的原理计算平均张力和张力幅值的方法，并由此将动刚度的计算引入系泊分析模型中，其中动刚度的无量纲表达式为：



式中，E为弹性模量，Lm为平均张力占最小破断强度的百分比，La为张力幅值占最小破断强度的百分比，α、β、γ是与纤维缆结构特性相关的参数。


6.根据权利要求1所述的提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法，其特征在于，步骤S5中，基于动力响应分析程序得到节点张力时程曲线，通过Matlab软件编制雨流计数法程序对其进行数据处理，统计有效张力范围S和张力循环次数Ni，得到降雨均值直方图和降雨幅值直方图；依据T-N曲线进行单一短期海况的疲劳计算；基于Miner疲劳累积损伤理论，通过Matlab软件开发疲劳损伤的计算程序，得到系泊锚链的整体疲劳损伤，给出疲劳寿命建议，其中，基于T-N曲线法确定达到破坏所需的循环次数Ni：
NRM＝K
式中，N为循环次数；R＝S/MBS，S为张力范围，MBS为最小破断强度；M和K为基本参数；当系泊链(缆)处于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣旗，王文华，刘刚，张振兴，张阳，黄一，柴壮，王乾浩，王莹，
申请(专利权)人：海洋石油工程股份有限公司，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12