【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋石油工程，尤其涉及一种基于实测海况数据的浮式平台疲劳损伤预测方法及系统。
技术介绍
1、对于在役中的海洋石油浮式平台，环境载荷（浪、风、流等）使浮式平台长期处于交变载荷作用下，浮式平台相应会产生疲劳问题。海洋工程领域通过定期检验（年检、特检、回坞检验等）和维护等措施避免发生结构疲劳失效情况，但如果不能相对准确地定量化得到结构实时疲劳损伤，特别是中后期在役海洋石油浮式平台，很难评估结构剩余疲劳寿命，继而无法保证海洋石油浮式平台的完整性和可靠性。此外，针对某些可能会对疲劳产生不利影响的特殊时刻（如畸形波浪、台风），常规数值计算无法统计此类孤立时间疲劳损伤。
2、现有技术中提供的浮式平台状态监测评估方法主要是基于传感器数据的数值模拟实现疲劳寿命分析，例如：基于传感器采集的船体结构应变数据，实时评估船体结构的力学性能与疲劳寿命等特性参数；又如，基于实测数据的内转塔系泊系统疲劳分析方法，利用各种监测手段得到位置、载荷与环境数据，通过经验公式与算法对内转塔系泊系统的剩余寿命进行计算与评估。通过对上述疲劳寿命分析方法进行分析可知，基于传感器数据的数值模拟方法的疲劳寿命分析只能得到个别位置处疲劳寿命结果，想得到更多位置结果，需要增加传感器布置数量，布置难度也相应增大。且随着使用时间增加，传感器也会发生受损、返回数据准确率下降等情况。此外，此类分析方法在关注整体浮式平台疲劳寿命和多处重要结构疲劳寿命方面也存在一定局限性。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，提出了本专利技术
2、本专利技术的一个方面，提供了一种基于实测海况数据的浮式平台疲劳损伤预测方法，所述方法包括:
3、建立浮式平台的整体有限元模型；
4、确定不同装载工况下浮式平台中各个疲劳敏感位置局部结构在预设波浪频率范围内所有指定浪向角下的应力传递函数；
5、分别将得到的应力传递函数与不同的短期实测海况的波浪谱组合，得到不同实测海况下的疲劳应力能量谱密度函数：，其中， 为浪向角，为波浪频率， 为有义波高、为跨零周期；
6、根据不同实测海况下的疲劳应力能量谱密度函数以及预设的s-n曲线确定不同短期实测海况下的疲劳损伤值，并构建疲劳损伤数组d（i， n，，，），其中，i不同的疲劳敏感位置局部结构、n表示不同的装载工况、表示不同浪向角、（、）表示不同的短期实测海况；
7、当对待预测的目标浮式平台进行疲劳损伤预测时，实时记录所在海域每个预设海况持续时间的短期实测海况数据（、）和浪向角；
8、根据目标浮式平台的当前装载工况以及记录的每个预设海况持续时间的短期实测海况数据（、）和浪向角查找疲劳损伤数组，以获取目标浮式平台各个疲劳敏感位置局部结构在对应短期实测海况记录时段的疲劳损伤值。
9、进一步地，所述方法还包括：
10、获取目标浮式平台在服役期间任一疲劳敏感位置局部结构的所有短期实测海况记录时段的疲劳损伤值并进行线性相加，得到当前疲劳敏感位置局部结构的疲劳损伤预测结果，和/或
11、基于当前疲劳敏感位置局部结构的疲劳损伤预测结果和预设寿命期限计算当前疲劳敏感位置局部结构的剩余疲劳寿命。
12、进一步地，所述根据不同实测海况下的疲劳应力能量谱密度函数以及预设的s-n曲线确定不同短期实测海况下的疲劳损伤值，包括：
13、根据不同实测海况下的疲劳应力能量谱密度函数计算对应的疲劳应力概率密度函数：
14、
15、其中，s为短期实测海况对应疲劳应力包络；
16、=，为短期实测海况对应的疲劳应力能量谱密度函数的零阶谱矩；
17、其中，疲劳应力能量谱密度函数的第n 阶谱矩计算如下：；
18、根据不同实测海况下的疲劳应力概率密度函数结合s-n曲线，得到不同实测海况下的疲劳损伤：
19、
20、为第i次短期实测海况发生的疲劳损伤，为描述s-n曲线的预设物理参数，为短期海况持续时间，为应力响应的跨零频率，， 为短期实测海况对应的疲劳应力能量谱密度函数的二阶谱矩，为疲劳应力概率密度函数。
21、进一步地，所述通过有限元分析方法建立浮式平台的整体有限元模型包括：
22、通过有限元分析方法建立浮式平台结构模型，根据浮式平台特征进行疲劳敏感位置局部结构模型分组，并按照谱疲劳设计工况加载各专业重量，设置边界约束条件，得到整体有限元模型。
23、进一步地，在根据目标浮式平台的当前装载工况以及记录的每个预设海况持续时间的短期实测海况数据（、）和浪向角查找疲劳损伤数组之前，所述方法还包括：
24、根据当前记录的短期实测海况数据中的浪向角查找预设的浪向角修正对应关系表，以获取与当前记录的短期实测海况数据中的浪向角对应的浪向角修正值，所述浪向角修正对应关系表包括有实测海况数据的浪向角范围区间与疲劳损伤数组中的浪向角之间的对应的关系；
25、按照疲劳损伤数组中的取值，将当前记录的短期实测海况数据中的进行四舍五入向上取整，得到修正值；
26、按照疲劳损伤数组中的取值，将当前记录的短期实测海况数据中的进行四舍五入向上取整，得到修正值。
27、进一步地，在获取目标浮式平台各个疲劳敏感位置局部结构在对应短期实测海况记录时段的疲劳损伤值之后，所述方法还包括：
28、根据每一疲劳敏感位置局部结构的结构形式，当疲劳敏感位置局部结构的制造公差超过s-n 曲线所隐含的公差时，将当前疲劳敏感位置局部结构对应的疲劳损伤值乘以与当前疲劳敏感位置局部结构的结构形式对应的应力集中系数进行修正。
29、进一步地，所述浮式平台的整体有限元模型包括湿表面模型、整体结构模型、质量模型和莫里森模型；
30、湿表面模型包含浮式平台位于水线面以下所有外部轮廓信息；
31、质量模型用于加载浮式平台自重、舱室装载及所搭载设备重量信息；
32、整体结构模型用于浮式平台结构网格划分及边界条件施加；
33、莫里森模型用于计算水线面以下小尺度结构构件在波浪中的受力情况。
34、本专利技术的另一方面还提供了一种基于实测海况数据的浮式平台疲劳损伤预测系统，所述系统包括：
35、模型建立模块，用于通过有限元分析方法建立浮式平台的整体有限元模型；
36、第一应力分析模块，用于采用预设的频域水动力分析软件对所述整体有限元模型进行分析，确定不同装载工况下浮式平台中各个疲劳敏感位置局部结构在预设波浪频率范围内所有指定浪向角下的应力传递函数；
37、第二应力分析模块，用于分别将得到的应力传递函数与不同的短期实测海况的波浪谱组合，得到不同实测海况下的疲劳应力能量谱密度函数：，其中， 为浪向角，为波浪频率， 为有义波高、为跨零周期；
38、疲劳损伤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于实测海况数据的浮式平台疲劳损伤预测方法，其特征在于，所述方法包括:
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据不同实测海况下的疲劳应力能量谱密度函数以及预设的S-N曲线确定不同短期实测海况下的疲劳损伤值，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立浮式平台的整体有限元模型包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据目标浮式平台的当前装载工况以及记录的每个预设海况持续时间的短期实测海况数据（、）和浪向角查找疲劳损伤数组之前，所述方法还包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取目标浮式平台各个疲劳敏感位置局部结构在对应短期实测海况记录时段的疲劳损伤值之后，所述方法还包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浮式平台的整体有限元模型包括湿表面模型、整体结构模型、质量模型和莫里森模型；
8.一种基于实测海况数据的浮式平台疲劳损伤预测系统，其特征在于，所述系统包括：
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