【摘要】：深水鉆井平臺作為海洋油氣資源開發(fā)的基礎(chǔ)性設(shè)施,長期處于復(fù)雜惡劣的海洋環(huán)境,由于航行過失或船舶�？科脚_時風(fēng)、浪、流的作用,難免會遭遇船舶碰撞這類偶然性事故,其所造成的損失往往是災(zāi)難性的。因此,研究和評估深水鉆井平臺的耐撞性能都具有重要現(xiàn)實意義,即在平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計階段就應(yīng)將碰撞事故考慮在內(nèi)以提高其耐撞性能,從而最大化的減緩這些事故所帶來的結(jié)構(gòu)損傷、經(jīng)濟損失及環(huán)境破壞等不利后果。本文首先對碰撞事故分析基本理論包括規(guī)范法分析方法、碰撞內(nèi)外部分析基本理論及非線性有限元分析法關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行消化吸收,然后采用非線性有限元分析法、外部動力學(xué)分析簡化解析法以及內(nèi)部動力學(xué)簡化分析法對碰撞內(nèi)外部機理進(jìn)行分析,研究分析了深水鉆井平臺遭遇船舶碰撞后的碰撞特性、碰撞耗散能及結(jié)構(gòu)塑性變形吸能等與結(jié)構(gòu)耐撞性能相關(guān)的一般規(guī)律,在此基礎(chǔ)上,提出適用性較廣的結(jié)構(gòu)耐撞性能評估流程,為預(yù)估涉撞結(jié)構(gòu)耐撞性能和設(shè)計耐撞結(jié)構(gòu)提供參考。具體研究工作如下:(1)對船舶碰撞事故下結(jié)構(gòu)損傷分析的主要研究現(xiàn)狀和事故分析基本理論進(jìn)行消化吸收,并對規(guī)范/法規(guī)關(guān)于船-平臺碰撞的事故分析方法和相關(guān)規(guī)定、碰撞內(nèi)外部機理分析理論和非線性有限元分析關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行重點分析;(2)研究了光板和加筋板在數(shù)值分析時有限元網(wǎng)格尺寸與失效應(yīng)變之間的關(guān)系,并與相應(yīng)準(zhǔn)靜態(tài)穿透試驗進(jìn)行對比論證,為船-平臺碰撞數(shù)值仿真分析確定網(wǎng)格尺寸和失效應(yīng)變?nèi)≈堤峁﹨⒖?在此基礎(chǔ)上,基于規(guī)范確定船-平臺主要碰撞參數(shù),完成供應(yīng)船和深水鉆井平臺有限元建模及結(jié)構(gòu)材料參數(shù)確定等工作;(3)應(yīng)用非線性有限元分析方法,研究了深水鉆井平臺在遭遇碰撞事故后立柱結(jié)構(gòu)的損傷特性,在此基礎(chǔ)上,對不同撞擊速度、撞擊位置和撞擊角度等碰撞參數(shù)下平臺立柱結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了對比分析。此外,基于強度折中設(shè)計準(zhǔn)則,對彈塑性供應(yīng)船船艉碰撞平臺立柱事故場景進(jìn)行了碰撞數(shù)值仿真分析;(4)基于碰撞外部動力學(xué)理論和DNV規(guī)范計算法,提出了一種新的耗散能估算方法—DNV`R解析法,該方法彌補了DNV規(guī)范法較為保守且僅適用于對心碰撞場景的不足,與此同時,將現(xiàn)有基于船-船碰撞提出的Zhang解析法和Liu解析法進(jìn)行分析,并編制撞擊船耗散能的計算程序,將其成功應(yīng)用到船-平臺碰撞場景中。最后以相應(yīng)的碰撞仿真分析結(jié)果為參考,對各簡化解析法進(jìn)行算例對比分析,驗證其計算結(jié)果有效性和準(zhǔn)確性;(5)以較危險的供應(yīng)船船艏與平臺立柱碰撞場景為研究對象,基于塑性設(shè)計準(zhǔn)則,運用內(nèi)部動力學(xué)簡化分析法對平臺立柱結(jié)構(gòu)損傷及其耐撞性進(jìn)行分析,將船艏以剛性球形撞頭代替,分別對三個典型碰撞位置進(jìn)行應(yīng)用分析,并與相應(yīng)碰撞位置的數(shù)值計算結(jié)果進(jìn)行對比分析,驗證簡化分析法應(yīng)用于預(yù)報受撞立柱結(jié)構(gòu)吸能的準(zhǔn)確性;(6)針對涉撞結(jié)構(gòu)提出適用性較廣的結(jié)構(gòu)耐撞性能評估流程,并對該流程主要步驟、耐撞性能評估標(biāo)準(zhǔn)及碰撞體耗散能和涉撞結(jié)構(gòu)應(yīng)變吸能計算方法進(jìn)行闡述。在此基礎(chǔ)上,針對船-平臺碰撞事故給出兩個涉撞結(jié)構(gòu)耐撞性能的評估實例,并與相應(yīng)較接近真實碰撞場景的數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行了對比分析。本文研究內(nèi)容對于船-平臺碰撞過程中涉撞結(jié)構(gòu)耐撞性能的快速評估及開展耐撞性結(jié)構(gòu)設(shè)計研究具有一定指導(dǎo)意義。
【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】：2018
【分類號】：U674.381

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2750874