近海石油平台动态鲁棒疲劳可靠性研究.pdf

2010年第39卷
石油矿场机槭
第2期第1页
OIL FIELD EQUIPMENT
2010,39(2):1~5
o专题研究
文章编号:1001-3482(2010)02-0001-05
近海石油平台动态鲁棒疲劳可靠性研究
许亮斌,陈国明2,蒋世全
(1.中海石油研究中心,北京100027;2.中国石油大学(华东),山东东营257061)
摘要:为了克服统计数据较少情况下计算结构可靠性存在的因难,建立基于鲁棒可靠性的断裂力学
疲劳可靠性评估模型,采用区间变量来刻画非概率的不确定性,得到鲁棒疲劳可靠性随时间变化的
动态模型。对依据鲁棒可靠性的分析结果来安排近海石油平台的检测维修问题进行了探讨,建立
了基于最小费用成本模型的动态疲劳鲁棒可靠性分析与控制模型
关键词:海洋平台;动态;疲劳可靠性;鲁棒可靠性;模型
中图分类号:TE95文献标识码:A
Dynamic Robust Fatigue Reliability Research of Offshore Platform
XU Liang-bin2, CHEN Guo-ming, JLANG Shi-qi
uan
(1. Research Center of China National Of/shore Oil Corporation, Beijing 100027, China
2. China Uniwersity of Petroleum, Dongying 257061, China)
Abstract: In order to overcome all difficulties for the reliability assessment with limited data, the
fatigue reliability assessment model with fracture mechanics based on the robust reliability was
established. The robust fatigue reliability dynamic model varied with the time was obtained, in
which the non-probability uncertainty was described with the interval variables. The problem o
planning of platform inspection and repair was investigated according to the analysis result of the
robust reliability Dynamic fatigue reliability analysis and control model based on minimum cost
model was suggested under the serious lack of information
Key words: offshore platform; fatigue reliability dynamic; robust reliability; model
海洋结构的疲劳寿命预测与可靠性分析总是与獻[4定义为不完全性( incompleteness),还有一些
不确定性联系在一起,在平台系统的设计、制造和其他的表述。虽然各自表述不同,处理方法也有所
服役过程中存在影响其安全性、适用性和经济性的差别,但其实质是针对同一种不确定性,就是信息不
不确定性因素。在文献[2]中分别考虑了随机和模足引起的不确定性。如何处理这类不确定性,已经
糊不确定性,对平台的动态疲劳可靠性和控制问题引起人们的广泛兴趣,并提出了不同的可靠性理论,
进行了探讨。除了这2类不确定性之外,在工程实鲁棒可靠性理论就是其中的一种。
际中还存在另一种不确定性,这种不确定性是由于
任何定量的可靠性理论都必须采用合适的数学
信息的不足而引起的,因为条件的限制,在进行结构模型来表示和量化不确定性。这样的数学模型可以
安全评估与决策时必须利用但是无法确知的信息,有多种,经典的可靠性理论是建立在数学概率论的
文献[3]将其定义为未确知性( unascertainty),而文基础之上的随机概率可靠性模型。如果有足够的信
收稿日期:2009-08-15
作者简介:许亮斌(1976-),男,湖南汨罗人,高级工程师,博士,2004年毕业于中国石油大学(华东)机械设计及理论专业,
目前从事深水钴井装备技术方面的研究,5-mail:xulb@cnooc.com.cn。
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2010年2月
息来验证所做的假设,这种模型是非常有用的。然怎样聚类,依据凸性定理,任何复杂的矢量过程都将
而,人们逐渐发现用概率分布密度函数来计算结构聚集在凸的函数集中。集合的大小表示不确定事件
及系统的可靠性存在着很多不足257,特别是在统的偏差或不确定性。凸模型的类型有:能量边界凸
计数据较少或计算模型不精确时,存在很大困难。模型、傅立叶边界模型、斜边界模型、包络边界凸模
Yakov Be-Haim3提出基于凸模型的鲁棒可靠性型、明考夫斯基范数模型、质量分布模型等。不确定
(非概率)理论正好可以克服这些困难。目前,鲁棒性的大小即凸集的大小通常用尺寸参数a来衡量
可靠性理论的研究还处于初步阶段,理论体系还很在集合的几何意义上,尺寸参数被称作集合的扩展
不完善。本文对鲁棒可靠性理论应用于平台的动态参数。当a増加或减小时,凸集合U(a)就像气球
疲可靠性分析与控制进行了探讨
样膨胀或收缩;保持形状不变但尺寸改变。在鲁棒
可靠性分析中,人们所关心的是在失效可能出现之
1鲁棒可靠性理论的主要思路
前,不确定性凸模型能够扩展多少,如果系统能够容
概率可靠性所遇到的困难促使人们寻求能够克忍不确定性参数(尺寸参数)的一个较大的值而不出
服这些困难的补充模型。鲁棒可靠性模型就是其中现失效,则系统是鲁棒可靠的,凸模型与鲁棒可靠性
的一种。鲁棒可靠性是以色列学者YBen- Haim在之间最基本的联系是确定作为不确定性度量的扩展
非概率可靠性模型的基础上提出来的。鲁棒可靠性参数,然后用可接受的不确定性值估计可靠度
模型是介于率可靠性模型与确定性模型之间的
基于区间模型的动态疲劳可靠性分析与
种可靠性模型。
控制
1.1鲁棒可靠性的定义
鲁棒可靠性的基本思想门是:对于不确定信息
在前面给出的诸多凸模型中,区间模型(一致有
的描述,不采用随机变量和概率密度函数,而采用凸界的岀模型)是最基础也是最重要的模型之一。同
集合模型来描述,经过分析可得到输出(或响应)的时,在很多实际情况下,尽管不易得到不确定量的准
变化范围,将此变化范目与要求的变化范比较即确概率分布或隶属度函数,但是非确定量的幅度或
可得到安全程度的度量指标。
界限相对来说易于确定。根据Ben- Hain的非概率
建立在不确定性凸集模型基础之上的魯棒可靠的凸模型理论,参数空间中具有不确定且有界的参
性理论将可靠度定义为在系统不失效情况下的所能数变化范围可以用凸模型中的区间模型表示
承受的不确定参数的最大值,如果相对于系统本身
U(y)
和周围环境的不确定性而言,系统是稳健的,系统就式中,x2,x2分别为系统容许的最小値和最大值
认为是可靠的。相反,相对于这些不确定性而言,系
如果系统能容许的不确定性参量的变