自升式海洋平臺(tái)碰撞模型試驗(yàn)技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、自升式海洋平臺(tái)作為海洋能源勘探開發(fā)的主要組成部分，是海洋油氣探井、鉆井、開采的主要作業(yè)基地，然而船舶碰撞致使平臺(tái)結(jié)構(gòu)損傷破壞一直是威脅海洋平臺(tái)安全的主要因素之一。評估結(jié)構(gòu)耐撞性能最可靠的方法是實(shí)尺度碰撞試驗(yàn)，然而對于平臺(tái)的碰撞試驗(yàn)，因其耗資巨大而不易開展，因此，適當(dāng)開展比例模型試驗(yàn)可以為簡化解析算法及數(shù)值仿真計(jì)算提供驗(yàn)證依據(jù)，從而揭示平臺(tái)結(jié)構(gòu)在碰撞過程中的損傷變形機(jī)理，對更好的開展自升式平臺(tái)耐撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　本文首先

2、開展了典型船用鋼材的靜動(dòng)態(tài)材料力學(xué)性能試驗(yàn)，分析確定了有限元仿真分析中的材料非線性輸入?yún)?shù)；然后運(yùn)用量綱分析法推導(dǎo)船舶-自升式海洋平臺(tái)碰撞的動(dòng)態(tài)相似率，進(jìn)行碰撞結(jié)構(gòu)縮尺修正方法研究；在此基礎(chǔ)上，編制試驗(yàn)大綱，實(shí)施管及管節(jié)點(diǎn)的落錘沖擊試驗(yàn)，并基于有限元軟件 ABAQUS開展試驗(yàn)仿真分析，完善碰撞問題的模型化技術(shù)；最后設(shè)計(jì)了平臺(tái)整體碰撞模型試驗(yàn)方案。本文的主要研究工作及結(jié)論如下：
　?。?）開展了船用低碳鋼材料的準(zhǔn)靜態(tài)和高速拉伸試驗(yàn)，

3、基于試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了材料非線性仿真輸入研究，考慮了材料硬化、不同網(wǎng)格失效應(yīng)變以及應(yīng)變率敏感性，得到可用于軟件輸入的材料力學(xué)性能參數(shù)；開展了加筋板結(jié)構(gòu)的落錘沖擊試驗(yàn)，分析沖擊載荷作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，與仿真計(jì)算結(jié)果比較，驗(yàn)證仿真分析技術(shù)的準(zhǔn)確性。
　?。?）基于量綱分析法推導(dǎo)了船舶-自升式海洋平臺(tái)碰撞動(dòng)態(tài)相似率，結(jié)合有限元仿真技術(shù)建立不同縮尺比下的簡化平臺(tái)管節(jié)點(diǎn)模型，計(jì)算并驗(yàn)證了相似準(zhǔn)則的正確性；考慮了材料應(yīng)變率敏感性對碰撞問題結(jié)

4、構(gòu)縮尺的影響，推導(dǎo)得到了通過改變沖擊質(zhì)量來修正縮尺誤差的方法，并以弦管碰撞模型的縮尺實(shí)例驗(yàn)證了該修正方法的可靠性。
　　（3）設(shè)計(jì)了自升式平臺(tái)管及管節(jié)點(diǎn)的落錘沖擊試驗(yàn)方案并開展了相關(guān)試驗(yàn)，對試驗(yàn)中得到的碰撞力、沖擊過程、損傷變形情況進(jìn)行了分析討論，給出了結(jié)構(gòu)形式、沖擊高度對結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律。
　?。?）基于管及管節(jié)點(diǎn)的落錘沖擊試驗(yàn)開展了相關(guān)仿真分析，將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)比較，完善確認(rèn)了數(shù)值仿真分析技術(shù)；基于數(shù)值計(jì)算結(jié)果，分