半潛式鉆井平臺極限強度及裂紋缺陷評估的研究.pdf

1、半潛式鉆井平臺是海洋石油開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)施之一。平臺在加工建造過程中不可避免地存在初始缺陷，在長期的生產(chǎn)過程中在海洋環(huán)境載荷作用下極易出現(xiàn)疲勞裂紋。裂紋在結(jié)構(gòu)服役過程中對環(huán)境載荷作用極為敏感，往往引起應(yīng)力集中、進而促進裂紋擴展直至結(jié)構(gòu)最終失效。如何評價現(xiàn)役海洋平臺存在的各種裂紋對結(jié)構(gòu)安全的影響一直是學(xué)術(shù)界面臨的一大難題本文以南海五號半潛式平臺為研究對象，基于‘合于使用’原則，采用ABAQUS軟件，在BS7910等規(guī)范的基礎(chǔ)上，對含裂紋平臺結(jié)

2、構(gòu)進行分析、評定，確定裂紋的拒收和接受。同時對橢圓形表面裂紋前沿應(yīng)力強度因子的分布規(guī)律，以及在極端環(huán)境條件下裂紋的極限尺寸進行研究，為含裂紋平臺安全評價提供了一種科學(xué)方法。 本研究報告以實際工程項目為依托，圍繞著半潛式鉆井平臺的延壽評估，將有限元建模波浪載荷的計算、整體結(jié)構(gòu)分析、局部應(yīng)力評估裂紋斷裂評價有機結(jié)合為一體。本研究報告通過了海洋工程的權(quán)威機構(gòu)——挪威船級社DNV的審核。 本研究主要工作如下： 根據(jù)DNV

3、規(guī)范，并利用高級有限元軟件ABAQUS對南海五號半潛式平臺建立了詳盡的有限元模型，研究了半潛式鉆井平臺運動流場非定常擾動勢的定解條件，分別引入有限水深和無限水深頻域Green函數(shù)，應(yīng)用源匯分布法對三維水動力系數(shù)和繞射勢進行了求解，研究了半潛式平臺運動及波浪載荷的求解方法，并對波浪載荷進行了計算，對平臺結(jié)構(gòu)的整體及局部應(yīng)力狀況進行了詳細(xì)評估。 基于‘合于使用’原則，應(yīng)用斷裂力學(xué)的理論和方法，開發(fā)了含缺陷平臺結(jié)構(gòu)ECA(Engine

4、eringCriticalAssessment)評估軟件，對探傷發(fā)現(xiàn)的裂紋的可接受性進行了ECA評估，得到了裂紋可接受的臨界尺寸，解決了大型工程結(jié)構(gòu)裂紋評價的工程問題，具有重要的工程應(yīng)用價值研究成果不僅可以應(yīng)用于半潛式平臺的裂紋評估，而且可以應(yīng)用于固定式、自升式平臺以及海底管線的裂紋評估。 本研究利用ABAQUS軟件強大的計算功能并將該軟件首次應(yīng)用于半潛式平臺結(jié)構(gòu)的評估，主要解決了如下問題： (1)大型工程結(jié)構(gòu)的整體有限