海洋石油井架是海洋石油资源开发的重要设备,长期工作在恶劣的海洋环境中,腐蚀问题严重,除此之外还会承受强风、强浪等极端环境载荷,使得结构不可避免地产生损伤。因此,研究结构损伤对井架力学性能的影响具有重要意义。以往的研究多采用全梁单元通过等效简化或模型修正方法来实现各种损伤的模拟,难以反映局部细节特征。为此本文采用多尺度有限元方法对在役海洋石油井架结构损伤进行多尺度模拟和力学性能分析,主要研究内容及成果如下:首先,研究了海洋石油井架的多尺度分析方法和多尺度模型构建方法。分析海洋石油井架的损伤特征及多尺度特征,采用位移协调和应力连续理论实现结构全尺度和细观尺度的跨尺度界面衔接,提出了考虑损伤的海洋石油井架多尺度模型构造方法。以某海洋平台井架为研究对象,建立了考虑立柱的井架多尺度模型和考虑节点特征的井架多尺度模型。并对全梁模型和两个多尺度模型进行了对比分析,结果表明多尺度模型能够很好地反映井架局部细节处的应力分布情况,同时验证了多尺度分析方法的可行性。其次,进行了点蚀损伤下海洋石油井架的多尺度模拟和力学性能分析。分析海洋石油井架的腐蚀特点,以点蚀损伤为研究对象,采用规则的球面点蚀坑模型,建立了井架单点蚀损伤多尺度模型,进行了不同点蚀参数下的点蚀损伤模拟,分析点蚀损伤的演化模式,得到蚀坑宽度、深度、宽深比、体积等参数对结构应力集中系数、刚度和承载能力的影响。在此基础上,分析海洋井架的随机点蚀损伤特征,建立了多点蚀下井架随机点蚀模型,分析随机点蚀整体分布模式、局部分布样式、整体位置以及分布密度等对井架承载能力的影响。结果表明随机点蚀凹坑的整体位置及分布密度对井架承载能力具有显著影响。最后,进行了梁柱节点损伤下海洋石油井架的多尺度模拟和力学性能分析。分析海洋井架的节点损伤特征,以焊接节点为研究对象,借鉴空心球替代夹渣的简化方法处理焊缝缺陷建模问题,研究井架梁柱节点处焊缝开裂,建立了井架节点损伤多尺度模型。基于断裂力学理论,对裂纹所处位置及裂纹深度等不同情况进行了多尺度模拟和分析,得到裂纹所处位置以及裂纹深度对节点处力学性能的影响。结果表明裂纹位置和深度对节点处力学性能均有显著影响。