深水自升式海洋平臺(tái)碰撞性能研究.pdf

1、經(jīng)濟(jì)全球化使人口、資源、環(huán)境等面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。尤其是隨著陸地資源的日漸減少，能源短缺問(wèn)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(wèn)題，因此進(jìn)入海洋油氣時(shí)代顯得勢(shì)在必行。如今，自升式鉆井平臺(tái)作為海上油氣開采的主力軍，占海上移動(dòng)式平臺(tái)的60％以上，且接近88%的平臺(tái)服役期已超過(guò)20年。此外，通過(guò)對(duì)海上平臺(tái)損傷原因過(guò)統(tǒng)計(jì)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(tái)遭受各種各樣的碰撞而不得不停止

2、運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行維修，同時(shí)，碰撞事故不僅會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)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(tái)的研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)于保證平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全性勢(shì)在必行。
　　本論文以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)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(yàn)，開展了材料動(dòng)態(tài)非線性輸入的校準(zhǔn)研究，并通過(guò)結(jié)構(gòu)的落錘沖擊試驗(yàn)，驗(yàn)證完善仿真分析技術(shù)的可靠性；然后，開展了自升式平臺(tái)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(tái)在建模和計(jì)算分析過(guò)程中遇到的問(wèn)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(tái)的碰撞性能分析，并系統(tǒng)研究各碰撞參數(shù)對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)碰撞性能的影響規(guī)律，全面評(píng)估自升式海洋平臺(tái)的碰撞性能。本文主要研究?jī)?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(guò)分析各工況對(duì)工作平臺(tái)的危害性確定船舶與自升式海洋平臺(tái)碰撞事故的典型計(jì)算場(chǎng)景，為后續(xù)碰撞性能評(píng)估提供

4、了基礎(chǔ)。
　　（2）開展了船舶與自升式海洋平臺(tái)碰撞問(wèn)題數(shù)值仿真校準(zhǔn)研究?；诤Ｑ蠊こ探Y(jié)構(gòu)典型材料準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)結(jié)果，修正校準(zhǔn)了仿真計(jì)算中直接影響計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性的材料非線性參數(shù)，給出了計(jì)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(guò)開展船體板架結(jié)構(gòu)落錘沖擊試驗(yàn)及其仿真分析，驗(yàn)證了仿真分析方法的可靠性。
　　（3）以自升式海洋平臺(tái)典型節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，提出了適用于自升式海洋平臺(tái)碰撞性能分析的

5、“板-梁”耦合技術(shù)，通過(guò)對(duì)“板-梁”耦合模型及板殼模型進(jìn)行碰撞對(duì)比研究，驗(yàn)證其可靠性；針對(duì)碰撞問(wèn)題對(duì)桁架式樁腿與地基的相互作用進(jìn)行系統(tǒng)的研究，探討桁架式樁腿自升式平臺(tái)等效約束情況，通過(guò)對(duì)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(jì)算結(jié)果，確定在研究大型桁架式平臺(tái)碰撞問(wèn)題時(shí)可以采用鉸支約束來(lái)代替土壤對(duì)樁的約束作用。
　?。?）以某深水自升式海洋平臺(tái)為研究對(duì)象，分析其在典型碰撞場(chǎng)景下的碰撞力、損傷變形、能量吸收等關(guān)鍵參

6、數(shù)，評(píng)估其碰撞性能。研究發(fā)現(xiàn)，平臺(tái)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(diǎn)位置的單元出現(xiàn)斷裂失效。
　?。?）通過(guò)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(duì)平臺(tái)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(lái)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(lái)越嚴(yán)重；隨著撞擊角度變大，平臺(tái)結(jié)構(gòu)的變形吸能逐漸減少，而平臺(tái)