تعیین تجربی خواص خستگی عضو مهارکننده سکوی حفاری نیمهشناور و تخمین عمر خستگی آن از دیدگاه مکانیک شکست

سکوهای حفاری نیمه شناور معمولا در دریاهای عمیق به منظور انجام عملیات حفاری اکتشافی نفت و گاز طراحی شده اند. با توجه به هزینه بالای نگهداری و تعمیر سکوها، دقت بیشتری برای تحلیل سازه ها ضروری است. سکوهای حفاری نیمه شناور معمولا دارای 4 ستون می باشند که به دو عضو مهاربند متصل می شوند. در این پژوهش، به بررسی ضریب شدت تنش مود اول ترک محیطی نیم بیضوی در سطح خارجی مهاربند پرداخته می شود. باتوجه به بحرانی تر بودن مقطع میانی و به تبع آن خطرناکتر بودن موقعیت ترک برای رشد و وامانده شدن مهاربند، ترک نیم بیضوی بصورت محیطی در سطح خارجی مهاربند در نظر گرفته می شود. این عضو استوانه ای شکل بوده و دارای قطر 2 متر و ضخامت 30 میلیمتر می باشد. تحلیل مسئله با استفاده از مدلسازی سه بعدی اجزاء محدود انجام می شود. در ابتدا بر اساس معادلات ترموالاستیسیته نیمه کوپل، میدان تنش در استوانه ای تحت بارهای حرارتی و مکانیکی تعیین می گردد. سپس یک ترک محیطی نیم بیضوی در جدار خارجی استوانه در نظر گرفته می شود. مدلسازی برای 25 هندسه مختلف ترک در نرم افزار آباکوس انجام شده، سپس ضرایب شدت تنش نقاط عمقی و سطحی ترک نیم بیضوی به عنوان نقاط بحرانی ترک برای سه بارگذاری مرجع یکنواخت، درجه یک و درجه 2 بر روی جبهه ترک استخراج می شود. با استفاده از نتایج ضریب شدت تنش برای نقطه عمقی و سطحی و برازش تابع مناسب بر این ضرایب، تابع وزن مسئله برای نقاط عمقی و سطحی ترک بدست می آید. با استفاده از میدان تنش ترموالاستیسیته و تابع وزن استوانه ترکدار، روابط صریح و بسته ضریب شدت تنش برای نقاط سطحی و عمقی ترک ارائه می گردد. اختلاف نتایج ضریب شدت تنش حاصل از تابع وزن پیشنهادی با نتایج ضریب شدت تنش حاصل از روش اجزاء محدود عموما کمتر از 1% میباشد. تست کشش و رشد ترک خستگی بمنظور تعیین خواص مکانیکی عضو مهارکننده و تعیین ثوابت رابطه پاریس طبق استانداردe-647 انجام می شود. رشد ترک با استفاده از روابط صریح ضریب شدت تنش و الگوریتم رشد ترک شبیه سازی می-گردد. آنگاه تعداد سیکل لازم برای واماندگی عضو در نسبت های مختلف طول ترک بدست میآید.