一种基于相对位移评估聚酯纤维缆疲劳的方法

本发明涉及船舶与海洋工程领域的设计与评估，具体地说，涉及一种基于相对位移的聚酯纤维缆疲劳评估方法。

背景技术

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背景技术：

1、海洋平台是海洋油气资源勘探和开发的主要装备，而系泊系统是保证海洋平台在海上进行正常的生产作业的重要设备。近些年随着海洋油气资源勘探和开发的水深不断增加，张紧式系泊的普及度逐渐增加与聚酯纤维缆服役时间增长，对采用聚酯纤维缆等新材料的张紧式系泊系统疲劳损伤情况的研究日益迫切。现行规范中的聚酯纤维缆疲劳评估方法存在低张力循环(低于20％最小破断强度)下疲劳损伤度评估值偏??；高张力循环(高于20％最小破断强度)下疲劳损伤度评估值偏大的缺陷。进行疲劳试验成本高昂且耗时长。

技术实现思路

1、为解决现有技术中聚酯纤维缆疲劳评估方法评估值与实际疲劳损伤度误差较大的的技术问题，本发明提出了一种基于相对位移的聚酯纤维缆疲劳评估方法；该方法可用于在位聚酯纤维系泊缆疲劳评估、聚酯纤维系泊缆疲劳寿命设计和聚酯纤维缆安装过程中?？鲅∪?。

2、为了解决现有技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于相对位移评估聚酯纤维缆疲劳的方法，包括如下步骤：

4、s101、对每束聚酯纤维缆的绳股分别进行细化建模；

5、s102、根据聚酯纤维缆在初始阶段由水动力模拟获得张力-循环数据和在位阶段实际工程中的监测获得张力-循环数据构建张力-时间曲线模型；

6、s103、按照雨流计数方法对张力-时间曲线模型计算获得聚酯纤维缆张力循环的平均张力；

7、s104、根据张力-时间曲线模型中张力循环幅值和平均张力按照动力学中的相对位移方法获得聚酯纤维缆单次循环疲劳损伤度；其中：所述聚酯纤维缆单次循环疲劳损伤度过程，包括：

8、计算聚酯纤维缆单次张力循环下股间的相对位移数值；

9、计算单次张力循环下股间的相对位移数值与聚酯纤维缆直径的比值获得融合聚酯纤维缆相对位移数值；

10、通过融合聚酯纤维缆相对位移数值与损伤位移比乘积获得聚酯纤维缆单次循环疲劳损伤度；

11、s105、根据已有实验结果中的相对位移和已公开的实验数据中的疲劳损伤度的对应关系将聚酯纤维缆单次循环疲劳损伤度相加获得总体聚酯纤维缆疲劳损伤度。

12、进一步，所述s101中对每束聚酯纤维缆的绳股分别进行细化建模过程，包括；

13、赋予聚酯纤维缆相匹配的刚度将摩擦系数和动力系数赋予聚酯纤维缆接触点的摩擦面；

14、按照如下公式构建聚酯纤维缆两股平行的绳股角位移；

15、2π×l/h，

16、式中：l为聚酯纤维缆长度，即实际工程中或者研究中聚酯纤维缆的总长，h为实际聚酯纤维缆螺旋股每股的空间螺线节距。

17、进一步，所述s103中通过雨流计数的张力-时间曲线模型中聚酯纤维缆的张力循环幅值和张力循环的平均张力按照动力学中的相对位移方法获得聚酯纤维缆单次循环疲劳损伤度包括：

18、所述单次张力循环下股间的相对位移数值是使用动力学仿真计算单次张力循环下的股间相对位移是在细化模型中聚酯纤维缆上端施加固定支撑并在下端施加垂直于聚酯纤维缆轴线平面的位移约束以防止其在模拟过程中聚酯纤维缆轴线与施加的张力产生夹角；

19、所述损伤位移比是计算多个同等张力幅值与平均张力下的已公开的实验数据中的单次疲劳损伤度与计算多个同等张力幅值与平均张力下的已公开的实验数据中的单次疲劳损伤度与无因次化相对位移的比值后，将上述结果取平均值，即为损伤位移比。

20、有益效果

21、1、本发明通过动力学方法计算聚酯纤维系泊缆的不同张力循环与平均张力下的相对位移，并将无因次化相对位移与疲劳损伤度进行线性对应获得聚酯纤维系泊缆准确的评估数值。

22、2、本发明应用于海洋平台螺旋股聚酯纤维系泊缆在位疲劳损伤度评估与设计阶段的疲劳寿命设计，与现有技术相比评估聚酯纤维系泊缆误差小、精准性强。

23、3、本发明在克服现有技术中聚酯纤维系泊缆评估疲劳度的低张力循环(低于20％最小破断强度)下疲劳损伤度评估值偏??；高张力循环(高于20％最小破断强度)下疲劳损伤度评估值偏大的缺陷。同时，本发明克服了现有技术中采用t-n曲线法，直接将疲劳损伤度的倒数与张力循环的对数线性对应，同时忽略了平均张力的影响的技术问题。

技术特征：

1.一种基于相对位移评估聚酯纤维缆疲劳的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于相对位移评估聚酯纤维缆疲劳的方法，其特征在于，所述s101中对每束聚酯纤维缆的绳股分别进行细化建模过程，包括；

3.根据权利要求1所述的所述的一种基于相对位移评估聚酯纤维缆疲劳的方法，其特征在于，所述s103中通过雨流计数的张力-时间曲线模型中聚酯纤维缆的张力循环幅值和张力循环的平均张力按照动力学中的相对位移方法获得聚酯纤维缆单次循环疲劳损伤度包括：

技术总结
本发明公开一种基于相对位移评估聚酯纤维缆疲劳的方法，包括如下步骤：S101、对每束聚酯纤维缆的绳股分别进行细化建模；S102、构建张力?时间曲线模型；S103、获得聚酯纤维缆单次循环疲劳损伤度；S104、根据已有实验结果中的相对位移和已公开的实验数据中的疲劳损伤度的对应关系将聚酯纤维缆单次循环疲劳损伤度相加获得总体聚酯纤维缆疲劳损伤度，本发明应用于海洋平台螺旋股聚酯纤维系泊缆在位疲劳损伤度评估与设计阶段的疲劳寿命设计，与现有技术相比评估聚酯纤维系泊缆误差小、精准性强。

技术研发人员：闫宏生,贾同宇
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17