【摘要】：超大型海上浮式結(jié)構(gòu)物(Very Large Floating Structure,VLFS)是由若干個與半潛式平臺結(jié)構(gòu)相似的單模塊通過連接器連接而成的一種新型海上結(jié)構(gòu)物。它可用于海洋油氣開發(fā)、后勤保障和島礁漁民生活等,是目前海洋工程界的研究熱點之一。近年來,國內(nèi)對于超大型海上浮式結(jié)構(gòu)物的研究越來越重視。本文以超大型海上浮式結(jié)構(gòu)物(超大浮體)為研究對象,進行單模塊總體強度直接計算方法研究;對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)(撐桿和連接器基座)進行極限強度分析,對連接器基座進行靜強度分析,主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)超大浮體單模塊波浪載荷長期預(yù)報及典型波浪載荷下結(jié)構(gòu)總體強度分析�；谌S勢流理論,采用SESAM有限元軟件,對波浪載荷進行長期預(yù)報,確定超大浮體在各典型工況下的設(shè)計波參數(shù),由設(shè)計波對平臺進行波浪載荷傳遞分析,從而得到超大浮體典型波浪載荷下應(yīng)力分布和變形情況。結(jié)果表明,超大浮體單模塊結(jié)構(gòu)總體應(yīng)力分布均勻;但存在三處高應(yīng)力區(qū)域,即立柱與上箱體連接處、立柱與下浮體連接處、撐桿喇叭口位置,其中撐桿結(jié)構(gòu)強度最為薄弱。(2)對超大浮體撐桿結(jié)構(gòu)進行極限強度有限元分析,計算兩端受壓、受拉、受剪切和受彎矩作用下的極限承載力,分析其失效模式,并討論邊界約束,初始缺陷、海水腐蝕等因素對撐桿結(jié)構(gòu)極限承載力的影響。結(jié)果表明,撐桿結(jié)構(gòu)受壓失效模式表現(xiàn)為屈曲失效、塑性變形;受拉、受剪、受彎失效模式表現(xiàn)為屈服、塑性流動。邊界條件、初始缺陷、腐蝕對撐桿結(jié)構(gòu)的極限承載力有一定的影響,應(yīng)該得到重視。(3)選取兩種尺度的超大浮體連接器基座模型,進行不同工況下的靜強度有限元分析。結(jié)果表明,兩種模型連接器基座整體Von mises應(yīng)力都不大,但存在兩處高應(yīng)力區(qū)域,一基座與連接器連接處,二立柱與上箱體連接處。兩種模型在基座與連接器連接處應(yīng)力不變,而模型二在立柱與上箱體連接處應(yīng)力相比模型一更大。X方向的載荷對基座與上箱體連接部位影響較大;Z方向的載荷對立柱與上箱體連接處強度要求較大;X、Y和Z方向外力同時作用到基座上時,結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大。(4)基于非線性有限元準靜態(tài)法,對超大浮體上箱體兩種模型進行連接器基座極限強度分析,得到不同方向極限承載力,分析結(jié)構(gòu)最先發(fā)生破壞的位置。結(jié)果表明,兩種模型連接器基座不同方向的極限承載能力相差不大,且遠小于預(yù)報值,連接器基座具有較大的結(jié)構(gòu)強度儲備。模型二幾何尺寸較大,結(jié)構(gòu)柔性更大,變形更大。
[Abstract]:Super large floating offshore structure (Very Large Floating Structure,VLFS) is a new type of offshore structure which consists of several single modules similar to the semi-submersible platform structure connected by connectors. It can be used in offshore oil and gas development, logistic support and the life of reef fishermen. It is one of the research hotspots in marine engineering field at present. In recent years, more and more attention has been paid to the study of super-large floating structures at sea. In this paper, the direct calculation method of the single module total strength is studied, taking the super-large floating structure (super-large floating body) as the research object. The ultimate strength of key structures (brace and connector base) is analyzed, and the static strength of connector base is analyzed. The main research contents and conclusions are as follows: (1) long term prediction of single module wave loads of large floating bodies and analysis of the overall strength of structures under typical wave loads. Based on the theory of three-dimensional potential flow, the long-term prediction of wave load is carried out by using SESAM finite element software, and the design wave parameters of super-large floating body under various typical working conditions are determined, and the wave load transfer analysis of the platform is carried out by the design wave. The stress distribution and deformation of superlarge floating body under typical wave loads are obtained. The results show that the stress distribution of the single module structure is uniform. However, there are three high stress areas, namely, the connection between the column and the upper box, the connection between the column and the floating body, and the position of the supporting horn mouth, in which the strength of the brace structure is the weakest. (2) the finite element analysis of the ultimate strength of the super-large floating body brace structure is carried out. The ultimate bearing capacity under compression, tension, shear and bending moment at both ends is calculated. The failure modes are analyzed, and the effects of boundary constraints, initial defects and seawater corrosion on ultimate bearing capacity of bracing structures are discussed. The results show that the failure modes are buckling failure, plastic deformation, tensile failure, shear failure and bending failure mode. Boundary conditions, initial defects and corrosion have a certain impact on the ultimate bearing capacity of braced structures, which should be paid attention to. (3) two kinds of large floating connector base models are selected, and static strength finite element analysis is carried out under different working conditions. The results show that the integral Von mises stress of the two model connectors is not large, but there are two high stress regions, one is the connection between the base and the connector, and the other is the connection between the two columns and the upper box. The stress of the two models is invariant at the connection between the base and the connector, while the stress in the connection between the column and the upper box is bigger than that in the model 1. The load in the X direction has a great influence on the connecting position between the base and the upper box. The load in Z direction requires the strength of the connection between the column and the upper box. When the external forces in the direction of XY and Z act on the base at the same time, the stress of the structure is maximum. (4) based on the nonlinear finite element quasi-static method, the ultimate strength of the connector base is analyzed for the two models of the box on the super-large floating body. The ultimate bearing capacity in different directions is obtained, and the location of the first failure of the structure is analyzed. The results show that the ultimate bearing capacity of the two model connectors in different directions is not different and much less than the predicted value. The connector base has a large structural strength reserve. The second model has the advantages of larger geometry size, greater flexibility and larger deformation.
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U661.43

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本文編號：2423477