[发明专利]计及慢漂运动的钢悬链立管疲劳简化计算方法

说明书

一种计及慢漂运动的钢悬链立管疲劳简化计算方法，包括以下步骤：S1，建立钢悬链式立管平台运动模型；S2，运用Newmark‑β法及Newton‑Raphson迭代求解悬挂点处位移时程；S3，在模型的悬挂点处分别施加波频、慢漂作用下的位移时程；S4，利用Orcaflex软件分别计算慢漂作用下的应力时程和波频作用下三个标准位置的应力时程；S5，提出位置组合叠加法组合叠加波频、低频作用下的应力时程曲线；S6，基于雨流计数法编写Matlab程序获得应力幅值及应力循环次数；S7，选定S‑N曲线，按Palmgren‑Miner累计损伤准则进行组合损伤疲劳计算。本发明保证计算精度的同时又极大地提高了计算效率。

技术领域

本发明涉及海洋工程设计领域，尤其涉及到考虑慢漂运动的钢悬链立管疲劳损伤的简化计算方法。

背景技术

慢漂运动对于钢悬链式立管的疲劳损伤具有很大的影响：①慢漂运动会改变SCR立管的触底点位置从而影响立管疲劳；②慢漂运动会使SCR立管形成双峰应力从而造成额外的疲劳损伤；③慢漂运动会影响海底沟壑的形成与发展，反作用于立管，影响立管疲劳损伤。因此计算慢漂与波频运动的联合响应对于立管疲劳损伤的作用就显得极其有意义。

根据DNV-RP-F204，按照波频和慢漂疲劳损伤准则分别计算疲劳损伤然后相加得到总疲劳损伤的方法是最不推荐的，这是因为根据窄带假设，将分别计算得到的损伤简单相加是没有用的，会得到不保守的结果；推荐采用考虑波频与慢漂响应相互影响的全耦合计算方法，但是由于慢漂运动频率低、周期长的特点大大增加了立管的动态计算时间，使得全耦合计算方法的使用受到了极大的限制。

Feng等人提出了权重组合叠加法波频应力时程按权重比例进行组合叠加，但该方法没有充分考虑到立管周期性运动引起的位置变化。

发明内容

为了克服现有计算方式的精确度较差的不足，为了精确计算结果，充分考虑了钢悬链式立管周期性运动所引起的位置变化，本发明提出了波频和慢漂响应联合作用下立管疲劳损伤的简化计算方法，即位置组合叠加法，在保证计算精度的同时又极大地提高了计算效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种计及慢漂运动的钢悬链立管疲劳简化计算方法，包括以下步骤：

步骤S1，建立钢悬链式立管平台运动模型；

步骤S2，运用Newmark-β法及Newton-Raphson迭代求解悬挂点处位移时程；

步骤S3，在运动模型的悬挂点处分别施加波频、慢漂作用下的位移时程；

步骤S4，利用Orcaflex软件分别计算慢漂作用下的应力时程和波频作用下三个标准位置的应力时程；

步骤S5，提出位置组合叠加法组合叠加波频、低频作用下的应力时程曲线；

步骤S6，基于雨流计数法编写Matlab程序获得应力幅值及其应力循环次数；

步骤S7，选定S-N曲线，按Palmgren-Miner累计损伤准则进行组合损伤疲劳计算。

进一步，所述步骤S2中，浮式系泊系统时域运动方程写成:

式中，X为平台的位移向量；分别表示系统的质量、阻尼和静水刚度矩阵；F表平台系统受到的外力矢量，按照其作用的周期长短可分为：(1)波频运动(一阶运动)载荷F₍₁₎，主要是作用在平台上的一阶波浪力矩阵(2)慢漂运动(二阶运动)载荷F₍₂₎，包括，为风拖曳力；为二阶波浪力矩阵；为流力矩阵；为系泊力矩阵、慢漂阻尼力矩阵等其他外力矩阵。