深水自升式海洋平臺碰撞性能研究.pdf

1、經(jīng)濟全球化使人口、資源、環(huán)境等面臨著嚴(yán)峻的考驗。尤其是隨著陸地資源的日漸減少，能源短缺問題顯得尤為突出，而海洋擁有充足的油氣能源，可以有效的解決能源短缺問題，因此進入海洋油氣時代顯得勢在必行。如今，自升式鉆井平臺作為海上油氣開采的主力軍，占海上移動式平臺的60％以上，且接近88%的平臺服役期已超過20年。此外，通過對海上平臺損傷原因過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，31%的損傷是由碰撞引起的，且每年有大約0.15%的海洋平臺遭受各種各樣的碰撞而不得不停止

2、運轉(zhuǎn)進行維修，同時，碰撞事故不僅會帶來巨大的經(jīng)濟損失，甚至還有可能造成環(huán)境污染及人員傷亡等災(zāi)難性后果。因此，在新一輪自升式鉆井平臺的研發(fā)設(shè)計過程中，開展相關(guān)碰撞性能研究，為相關(guān)規(guī)范制定提供依據(jù)，對于保證平臺結(jié)構(gòu)安全性勢在必行。
　　本論文以國家自然科學(xué)基金項目為背景，首先，基于船舶與海洋結(jié)構(gòu)典型材料力學(xué)性能試驗，開展了材料動態(tài)非線性輸入的校準(zhǔn)研究，并通過結(jié)構(gòu)的落錘沖擊試驗，驗證完善仿真分析技術(shù)的可靠性；然后，開展了自升式平臺碰撞仿

3、真的模型化技術(shù)研究，著重解決大型自升式海洋平臺在建模和計算分析過程中遇到的問題，建立了準(zhǔn)確高效的仿真分析方法；最后，基于仿真分析技術(shù)，開展了船舶與自升式海洋平臺的碰撞性能分析，并系統(tǒng)研究各碰撞參數(shù)對平臺結(jié)構(gòu)碰撞性能的影響規(guī)律，全面評估自升式海洋平臺的碰撞性能。本文主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）歸納整理了相關(guān)碰撞事故數(shù)據(jù)及規(guī)范要求，通過分析各工況對工作平臺的危害性確定船舶與自升式海洋平臺碰撞事故的典型計算場景，為后續(xù)碰撞性能評估提供

4、了基礎(chǔ)。
　　（2）開展了船舶與自升式海洋平臺碰撞問題數(shù)值仿真校準(zhǔn)研究。基于海洋工程結(jié)構(gòu)典型材料準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗結(jié)果，修正校準(zhǔn)了仿真計算中直接影響計算結(jié)果準(zhǔn)確性的材料非線性參數(shù)，給出了計及材料硬化及應(yīng)變率敏感性影響的材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線和材料單元最大失效應(yīng)變修正曲線，并通過開展船體板架結(jié)構(gòu)落錘沖擊試驗及其仿真分析，驗證了仿真分析方法的可靠性。
　?。?）以自升式海洋平臺典型節(jié)點為研究對象，提出了適用于自升式海洋平臺碰撞性能分析的

5、“板-梁”耦合技術(shù)，通過對“板-梁”耦合模型及板殼模型進行碰撞對比研究，驗證其可靠性；針對碰撞問題對桁架式樁腿與地基的相互作用進行系統(tǒng)的研究，探討桁架式樁腿自升式平臺等效約束情況，通過對比“樁-土”耦合模型、鉸支約束模型和剛性固定約束模型的碰撞計算結(jié)果，確定在研究大型桁架式平臺碰撞問題時可以采用鉸支約束來代替土壤對樁的約束作用。
　?。?）以某深水自升式海洋平臺為研究對象，分析其在典型碰撞場景下的碰撞力、損傷變形、能量吸收等關(guān)鍵參

6、數(shù)，評估其碰撞性能。研究發(fā)現(xiàn)，平臺的碰撞損傷具有明顯的局部特性，碰撞區(qū)域的弦桿和撐桿以彎曲失穩(wěn)為主，其中撐桿為主要的吸能構(gòu)件，位于水平撐桿和弦桿連接節(jié)點位置的單元出現(xiàn)斷裂失效。
　　（5）通過改變撞擊參數(shù)（如撞擊船質(zhì)量、初速度、撞擊角度等），研究撞擊參數(shù)對平臺碰撞性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，隨著撞擊船質(zhì)量和撞擊船速度的增加，帶來了的沖擊能量也越大，碰撞區(qū)域結(jié)構(gòu)的損傷變形越來越嚴(yán)重；隨著撞擊角度變大，平臺結(jié)構(gòu)的變形吸能逐漸減少，而平臺