半潛式海洋平臺(tái)在供應(yīng)船碰撞下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)研究.pdf

1、海洋平臺(tái)的碰撞是結(jié)構(gòu)在很短時(shí)間內(nèi)，受到巨大沖擊載荷作用的一種復(fù)雜動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，具有非常明顯的非線性動(dòng)力特性。考慮問(wèn)題的復(fù)雜性及碰撞損傷所產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，進(jìn)行半潛式海洋平臺(tái)與供應(yīng)船尾部碰撞的具體研究，對(duì)加強(qiáng)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、預(yù)防平臺(tái)碰撞事故的發(fā)生，以及給出海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)建議的意義重大。本文以我國(guó)南海海域、最大作業(yè)水深3000米，最大鉆井深度10000米的深水半潛式海洋平臺(tái)為研究對(duì)象。在系統(tǒng)地分析和總結(jié)海上結(jié)構(gòu)物相互碰撞機(jī)理

2、的基礎(chǔ)上，針對(duì)半潛式海洋平臺(tái)在供應(yīng)船船尾碰撞下的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題，主要采用附加質(zhì)量法，應(yīng)用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算。具體研究工作如下：
　　1.闡述了碰撞動(dòng)力學(xué)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹了碰撞數(shù)值仿真的基本理論。總結(jié)了碰撞過(guò)程中周?chē)黧w的處理方法，確定了海洋平臺(tái)與供應(yīng)船材料的力學(xué)模型。
　　2.應(yīng)用ANSYS軟件建立半潛式海洋平臺(tái)和供應(yīng)船的有限元模型，并對(duì)海洋平臺(tái)和供應(yīng)船碰撞區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行了細(xì)化，針對(duì)供應(yīng)

3、船船尾以4m/s速度正碰海洋平臺(tái)立柱最典型的碰撞情況進(jìn)行了數(shù)值仿真。
　　3.研究不同碰撞參數(shù)（碰撞速度、碰撞角度及碰撞部位）對(duì)海洋平臺(tái)碰撞響應(yīng)的影響，獲得了碰撞力、能量分布、損傷變形及應(yīng)變的時(shí)序結(jié)果，確定了海洋平臺(tái)的損傷程度，并給出了平臺(tái)相對(duì)危險(xiǎn)的碰撞情況。
　　4.采用力-位移等效和能量等效原理的簡(jiǎn)化算法對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了處理，通過(guò)改變立柱碰撞區(qū)域的板厚對(duì)剛度系數(shù)k進(jìn)行修正，獲得了剛度系數(shù)k的一般表達(dá)式。最后，采用流固耦合

4、法對(duì)供應(yīng)船以4m/s速度正碰海洋平臺(tái)立柱的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　本文通過(guò)改變碰撞速度、碰撞角度及碰撞部位，對(duì)半潛式海洋平臺(tái)在供應(yīng)船船尾碰撞下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值仿真，得到以下主要結(jié)論：
　　1.海洋平臺(tái)的整體移動(dòng)具有一定的滯后性，碰撞力呈現(xiàn)出明顯的非線性特性。立柱結(jié)構(gòu)在被撞過(guò)程中外板吸收內(nèi)能最多，其次是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的橫框架、垂向壁板、外板T型材及甲板。立柱結(jié)構(gòu)主要通過(guò)擠壓、彎曲、拉伸和壓潰變形四種方式進(jìn)行破壞。