[发明专利]提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及海洋石油工程技术领域，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。

背景技术

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，疲劳断裂和极限破断。受长期交变载荷作用影响，系泊链(缆)关键位置存在应力集中现象，容易发生疲劳现象；此外，在几十年的服役期间，系泊链(缆)受极端海况作用遭受较大的张力作用，当达到强度极限时易发生破断情况。针对以上问题，众多学者就系泊链(缆)疲劳损伤和极限强度分析方面开展了相关研究。但鲜有学者能将腐蚀磨损损伤考虑进系泊链(缆)强度演变的研究中来，无法在全寿命期内对系泊链(缆)进行真实可靠的安全评估。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此，本发明需要提供一种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，提高计算分析的准确性和合理性的提高复杂环境条件下系泊系统安全性的分析方法。

本发明提供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：

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。

根据本发明的一个实施例，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。

根据本发明的一个实施例，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z_bot如下式所示，并建立海底边界构型，

对于倾斜海底：