基于折弯加强筋优化设计的疲劳可靠性.docVIP

PAGE PAGE 3 PAGE PAGE 2 基于折弯加强筋优化设计的疲劳可靠性 摘要：一种基于设计优化的疲劳可靠性的方法被提出用于折弯加强筋的设计。折弯加强筋是用来防止脐/柔性立管的上部连接过度弯曲而引起的损害的。因为波浪经常引起船的晃动所以容易导致疲劳失效。然而可靠性的特征对石油和天然气的安全保护有重要的影响，所以我更多的关注它。此外，可靠性的分析还涉及到材料，几何和加载不确定性，因此通过考虑不确定因素的影响来执行可靠性分析。在这项工作中，基于优化的涉及可靠分析和复杂优化算法中的元模型的疲劳可靠性是用来减少计算成本的。三个元模型是由最佳拉丁超立方方法构建的。然而，最佳的元模型是通过精度评价来选择为优化方法的。这个方法的可行性是通过一个光速的测试用例来验证。最后，它被应用到基于折弯加强筋设计优化的疲劳可靠性。实验结果表明，这个方法是合理的，而且提高了折弯加强筋的可靠性。首先，和确定性的优化相比。 关键词：折弯加强筋，脐，疲劳，基于可靠性的优化设计；柔性立管；元模型 1介绍 随着海上勘测和生产越来越多的移至更深的水域，脐/柔性的立管正面临着更多的挑战。其中一个关键的部分就是顶部就是在挂机装置前面，那里是最容易发生过度弯曲的。折弯加强筋，如图1所看到的，是用来增强柔性立管的刚度防止它的过度弯曲，超过它的允许半径。折弯加强筋对全船的结构的疲劳特征和石油和天然气生产安全有重要的影响。疲劳损伤的积累随着波浪引起的漂浮运动持续超过了108的周期，那就非常容易导致失败，这样将会导致灾难性事故和经济损失。一些Monobuoy的折弯加强筋会失效是因为在Marlim运行六个月后而损伤（Meniconi Lopes 2001）。此外，比较小的折弯加强筋不仅经济而且还有利于安装及和其他设备接口。因此，非常有必要去执行折弯加强筋的优化设计以及把疲劳可靠性加入考虑。但是，一些不确定因素在折弯加强筋的设计和分析中是不可避免的和固有的因为复杂的环境负荷，材料性能，制造公差等的变化。和常规的设计优化相比，基于设计优化的可靠性设计更加有意义，它通过可靠性分析涉及了概率评价约束。 在航天工程中有高安全性的要求，基于优化设计的可靠性的概念已经被相当深入的研究。考虑到近些年的不确定性，海洋结构的安全获取日益严重。Karadeniz et al. (2010)用一阶可靠度分析方法从基于应力的极限状态函数计算出了可靠性。它们把它运用到了一个离岸塔的钢独脚架的经济优化设计。Young et al. (2010)为海洋结构开发了一个基于设计和优化的可靠性方法论。材料和运行的不确定性对海洋转子自适应性能的影响都被考虑在内。Song et al. (2011)讨论了立管在浮动，生产，储存和卸载时支撑安装的基于优化设计的可靠性的问题。概率厚度的变化是通过最小化受应力可靠性约束的立管支撑结构的重量来决定的。但是应该注意的是，海洋结构基于优化设计的可靠性主要集中在力的失效。海洋结构经常是由于疲劳失效而受到损害，即使它们满足了强度要求(Yang Li 2011)。疲劳分析是一个随机性问题，它受到不确定因素的影响(Collette Incecik 2006)。 因此疲劳失效对于海洋结构是一个关键性的问题，在研究基于优化设计可靠性期间要更多的关注她。 图1.折弯加强筋 疲劳寿命预测是一个复杂和费时的过程，尤其是在时域中。通过从本身的动态分析获得的应变响应和受力来估计。在进行全身的动态分析之前，要执行全身的高度非线性分析。此外，基于设计优化的可靠性，包括反复的周期过程，在计算上是昂贵的。元模型可以在不降低精度的情况下应用于优化来降低计算成本，从而来代替实际分析代码(Yang Zheng 2011)。 在这项工作中，在折弯加强筋的设计中提出了考虑疲劳受限的基于优化设计的可靠性。首先对于基于优化设计的可靠性，执行一个梁的学术案例并且用元模型演示了优化方法论。然后就运用到了考虑疲劳要求的基于优化设计的可靠性的折弯加强筋。这些元模型是通过实验设计的采样来构建的。各种元模型的准确性都进行了比较，最准确的元模型被选来用于折弯加强筋的基于可靠性的优化设计。最佳优化设计方法的可靠性是通过Monte Carlo模拟来检验的。 2理论和方法 首先推导出折弯加强筋的理论模型和制造方案。然后介绍元模型的方法。最后在这一节，提出基于可靠性的优化设计的理论。 2.1折弯加强筋的数学模型 分析折弯加强筋的分析梁模型分析法是由Boef and Out (1990)开发的。这个模型建立在以下的注意事项：它是一个纯弯曲问题；横截面在变形后保持平整并且经过了大位移小变形；横截面随着弧长变化；聚氨酯的性能被认为是线性弹性变化的；自重，外部力量和摩擦力都被忽略。