1）分析准则
SCR疲劳分析准则与3.3.7节中的TTR疲劳分析准则相同，要求SCR疲劳寿命大于或等于SCR使用寿命，SCR疲劳寿命计算公式与TTR疲劳寿命计算公式相同，见式（3-1）。
2）波致疲劳分析
波致疲劳分析通常由以下三个步骤组成。
（1）立管静态分析
立管静态分析是基于开发的立管有限元模型进行的。SCR有限元模型是使用非线性时域有限元程序（例如Flexcom）创建的。采用可变单元长度来最大化有限元分析效率，对关键区域进行网格细化以确保分析结果的准确性。在触地区网格尺寸为1 m，在悬挂区网格尺寸小于0.5 m。为了使过渡平滑，相邻网格的比例一般保持不超过1.5。
SCR的海床端约束在六个固定的自由度上。在SCR顶部，柔性接点作为悬挂点连接。海床上的立管段需要有足够的长度（在深水立管初始设计时可取200 m左右），以确保海床边界对计算精度的影响最小化。在深入分析后，海床上的立管长度可根据立管在极端工况浮体偏移的状态下，立管最远端不会发生偏移和拉离海床。
在立管有限元模型中，海床模拟为具有纵向刚度和横向刚度的线性弹性基础，利用摩擦系数来模拟管土之间横向和纵向的相互作用，用弹簧模拟管土之间垂向的相互作用。
（2）立管动态分析
基于浮体总体运动分析生成的一阶和二阶浮体运动时间历程，对每个疲劳海况进行非线性时域动态分析。为保守起见，所有的疲劳波浪都假定为长期波，并保持与浮体总体运动分析中的风向和流方向相同。
对于长期疲劳分析，时域计算仿真时间不少于1 h，对所有疲劳海况用同一个随机种子。分析的时间步长等于或小于0.25 s，以保证计算结果的准确性。
（3）疲劳损伤计算
雨流循环计数法用于生成预先指定的疲劳热点的管体周围8个点的应力范围直方图。根据设计S-N曲线，计算这些应力范围的疲劳损伤。根据线性疲劳损伤累积准则，所有海况的长期损伤都会被合并，以获得每个热点的累积损伤，并计入它们的发生概率。
疲劳分析一般假定浮体在平衡位置附近做波频和低频运动。波频运动计算可以使用浮体运动RAO，低频运动的幅度和周期可以根据浮体与锚泊系统进行非线性模拟计算，或者根据线性化的锚泊系统刚度结合浮体特性进行估算。另外，浮体在随机疲劳海况中的运动时历（包括波频和低频）也可以通过计算机软件如AQWA、HARP、Flexcom、OrcaFlex等采用一阶（波频）和二阶（低频慢漂）波浪力系数直接计算取得。需要注意的是，对于TLP，因为张力腿刚度会引起高频垂向深沉与旋转运动（一般周期低于5 s），在运动计算中这一部分也需要充分考虑。
除了长期的波致疲劳外，SCR还需要校核在短期极端工况下的疲劳损伤，短期的疲劳损伤应不超过10%。短期疲劳校核是独立的，不需要与其他疲劳损伤进行叠加。
SCR疲劳设计的腐蚀裕量可以取为整个使用寿命规定厚度的一半。
3）涡激振动疲劳分析
涡激振动疲劳分析是立管疲劳分析的一部分，在立管总体疲劳寿命评估中，涡激振动疲劳通常考虑20倍的安全系数。
（1）分析模型
SCR的有限元模型可以使用诸如Flexcom或OrcaFlex有限元分析软件来创建。模拟长度需要覆盖所有悬浮长度及海床上足够的长度，以考虑由浮体偏移造成的触地点变化。用于涡激振动疲劳分析的有限元模型的网格要求比强度分析或波致疲劳分析的网格更细。按经验的做法是，对于立管最高的自振模态，每个模态长度内至少应有10个单元。在海底静态触地点之后的立管应在六个自由度方向上进行约束。海床模拟为具有纵向刚度和横向刚度的线性弹性基础。涡激振动疲劳分析通常忽略海底摩擦。在SCR顶部，柔性接头的模拟要确保包含适当的旋转弹簧刚度。Flexcom或OrcaFlex可用于获取SCR的静态形状，以及自然周期和模态。需要计算立管平面内和平面外的自然周期、模态形状和模态曲率。所得到的平面内和平面外模态的参数作为Shear7涡激振动疲劳损伤计算中的输入文件。
（2）分析假设
涡激振动疲劳分析采用了几个保守的假设：
①所有的剖面流都假设为二维的，而实际的方向可能会随着水深而变化。
②在预测平面内涡激振动响应时，假设所有流都沿垂直于立管平面的一个方向靠近立管，这会导致所有的疲劳损伤累积在管道横截面上的同一点，导致最大可能的平面内涡激振动疲劳损伤。分析平面外涡激振动响应时也采用相同的方法。
③所有剖面流的涡激振动疲劳分析都基于相同的立管平均位置和相同的平均海底接触点。对于研究的条件，最高的涡激振动疲劳损伤发生在海底接触点处并产生尖点，因此所有剖面流的海底接触点疲劳损伤累积在相同的海底接触点位置。事实上，随着船只移动，立管海底接触点不断移动，将涡激振动疲劳损伤扩散到一定长度的立管上，而不是集中在一个点上。
Shear7是目前最常用的立管涡激振动疲劳分析软件，表4-4是利用Shear7进行立管涡激振动疲劳分析使用的参数。
表4-4 涡激振动疲劳分析参数
（3）分析步骤
涡激振动疲劳分析包括以下三个步骤：
①建立涡激振动疲劳分析的长期流分布图。
②使用模式分析计算自振周期和模态形状。
③使用这些自振周期和模态形状作为输入文件，评估涡激振动疲劳损伤的已建立剖面流（例如使用Shear7软件）。涡激振动疲劳损伤是根据所有剖面流的累积损伤计算得出的。
4）涡激平台运动疲劳分析
当流体以特定速度流过圆柱形结构（如半潜式柱、SPAR筒体、浮筒等）时，可能发生周期性涡流脱落，使浮体产生垂直于流方向的振荡，这种现象被称为涡激平台运动。(www.xing528.com)
为了评估长期流作用于平台而产生的立管涡激平台运动疲劳，需要对SCR进行涡激平台运动疲劳分析。
（1）幅值计算
涡激平台运动幅度取决于流速及浮体的大小和形状。涡激平台运动可能导致立管的疲劳损伤。
影响浮体涡激平台运动的关键参数有斯特劳哈尔数（Sr）、折减速度（V r）和无量纲的涡激平台运动振幅A／D。
Sr涉及涡流脱落的频率、自由流速度和立管直径，计算公式为
式中 Sr——斯特劳哈尔数；
f s——涡流脱落频率（Hz）。
平滑和粗糙表面固定圆柱的Sr和Re之间的关系如图4-8所示。
图4-8 Re-Sr关系图
这些Sr可以用作初始近似值，以计算圆柱形结构（如半潜式柱）在流中的涡流脱落频率。
V r是一个无量纲参数，它将立管运动与立管直径联系起来，表达式为
式中 V r——折减速度；
T——浮体／锚泊系统的自振周期；
D——立柱投影到垂直于自由流动方向的平面上的特征宽度。
无量纲振幅是振动幅度与结构投影宽度的比值：
式中 A——涡激平台运动标称幅度。
根据以往项目经验，像SEMI-FPS这样的浮体具有以下三种涡激平台运动响应特性：
①预锁定：船体几乎不振荡，V r＜4。
②锁定：船体以谐波摆动共振响应振荡，4≤V r≤8。
③后锁定：船体振荡随速度增加而下降，V r＞8。
SCR设计的涡激平台运动计算步骤描述如下：
①定义预测涡激平台运动响应的长期流分布图。
②获得垂直于流向的浮体自振周期。
③计算折减速度。
④计算SEMI-FPS在特定的流曲线的涡激平台运动振幅。
图4-9显示了一个典型的四立柱SEMI-FPS在对角线流（45°）、平行流（0°）和斜向流（22.5°）下的涡激平台运动响应。可以观察到，涡激平台运动响应主要取决于流方向和折减速度的范围。
图4-9 典型深水SEMI-FPS的涡激平台运动A／D曲线
（2）分析方法
涡激平台运动疲劳分析中的SCR模拟与波致疲劳分析中的SCR模拟相同。
对于涡激平台运动疲劳损伤计算，一旦计算出流的折减速度，通过CFD模拟或模型试验可以得到A／D分布和相应的振幅。根据浮体受到流的作用时间和自振周期可以获得浮体振动次数。通过施加具有相应振幅和周期的振荡运动确定由涡激平台运动引起的立管动态响应，获得动态应力范围。仿真计算的时间要足够长，通常是自振周期的10倍，以确保达到稳定的响应，而后使用雨流计数法计算疲劳损伤。
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