半潛平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及撐桿趾端疲勞壽命預(yù)報(bào).pdf

1、隨著陸地油氣資源的不斷枯竭,海洋成了未來能源的主戰(zhàn)場(chǎng)。作為深海油氣開發(fā)的主流裝備,新型半潛式海洋鉆井平臺(tái)對(duì)我國(guó)而言,還有很大的空間有待探究。其一,就水動(dòng)力性能而言,半潛平臺(tái)的低垂蕩運(yùn)動(dòng)有利于更高的時(shí)間比例進(jìn)行鉆探,較低橫搖、縱搖幅值運(yùn)動(dòng)有助于平臺(tái)操作和運(yùn)輸,以及其他水動(dòng)力性能的研究有利于動(dòng)力定位系統(tǒng)的開發(fā),等等;其二,就結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析而言,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是平臺(tái)良好運(yùn)行的先決條件,其意義不言自明;其三,由于波浪載荷的循環(huán)作用,就必須考慮疲勞強(qiáng)度;

2、其四,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段,往往只考慮強(qiáng)度,而工藝建造水平以及經(jīng)濟(jì)效益才是真正決定該領(lǐng)域的發(fā)展方向,故在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也要多考慮工藝和經(jīng)濟(jì)效益;等等。
　　本文依托ABS規(guī)范,用DNV.SESAM軟件完成了平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、水動(dòng)力性能分析和關(guān)鍵部位疲勞可靠性分析。其主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　1)統(tǒng)計(jì)了半潛式鉆井平臺(tái)的發(fā)展歷史和現(xiàn)行狀況,分析了平臺(tái)結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn),總結(jié)了國(guó)內(nèi)外波浪載荷和疲勞可靠性的研究現(xiàn)狀。
　　2)闡述了水動(dòng)

3、力分析的基本理論,其中包括零航速的三維勢(shì)流理論求解,任意位置任意點(diǎn)的morison桿上波浪力的求解,平臺(tái)水動(dòng)力參數(shù)的物理意義以及波浪載荷長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的理論推導(dǎo)。根據(jù)ABS《近海結(jié)構(gòu)物疲勞評(píng)估》規(guī)范,從理論上推導(dǎo)了采用S-N曲線與Miner線性累積損傷理論為基礎(chǔ)的疲勞譜分析法,總結(jié)了結(jié)構(gòu)熱點(diǎn)譜疲勞可靠性分析的完整過程。
　　3)完成了三種半潛平臺(tái)的波浪載荷計(jì)算和水動(dòng)力性能比較分析,得出斜撐平臺(tái)的垂蕩響應(yīng)運(yùn)動(dòng)最優(yōu),以及撐桿結(jié)構(gòu)的變化對(duì)平臺(tái)

4、一階波浪激勵(lì)力影響不大。
　　4)總結(jié)了目標(biāo)半潛平臺(tái)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析方法和流程,并采用隨機(jī)性設(shè)計(jì)波法,確定了三種半潛平臺(tái)的設(shè)計(jì)波參數(shù),得出中縱剖面的最大縱向剪切狀態(tài)時(shí)波浪載荷最惡劣。同時(shí),根據(jù)ABS規(guī)范對(duì)三種平臺(tái)的關(guān)鍵部位進(jìn)行了屈服強(qiáng)度校核,得到斜撐平臺(tái)最好,但疲勞熱點(diǎn)數(shù)較多,推薦改用空間交叉型的撐桿結(jié)構(gòu)。此外,還分析了水平撐桿的焊接工藝技術(shù)和探討了不同撐桿形式對(duì)建造的影響,可知斜撐結(jié)構(gòu)工藝相對(duì)復(fù)雜。
　　5)采用疲勞譜分析法