自升式平臺是海洋油氣開發(fā)的重要開采工具，其在非線性環(huán)境載荷作用下的結(jié)構(gòu)強度評估方法是船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計中的關(guān)鍵問題，也是目前業(yè)界研究的熱點。為了在目前通用準(zhǔn)靜態(tài)強度評估方法中合理考慮環(huán)境載荷的非線性并計及平臺結(jié)構(gòu)動力效應(yīng)的影響，本文開展了相關(guān)研究工作。海風(fēng)、海浪、海流是自升式平臺工作狀態(tài)下主要的環(huán)境激勵載荷。本文對定常與動態(tài)風(fēng)載荷的計算方法進(jìn)行了探討，通過風(fēng)洞模型實驗和CFD數(shù)值模擬考察自升式平臺主要構(gòu)件空氣動力學(xué)干擾，對風(fēng)載荷規(guī)范計算值進(jìn)行修正，并進(jìn)一步采用Daveport譜對動態(tài)風(fēng)載荷進(jìn)行數(shù)值模擬；基于Airy波和Stokes波理論對非線性波浪載荷以及流載荷進(jìn)行計算，并根據(jù)線性波理論，采用PM雙參數(shù)譜對隨機海浪進(jìn)行數(shù)值模擬，從而得到計及非線性的風(fēng)、浪、流聯(lián)合作用下的環(huán)境載荷計算方法。本文在對自升式平臺進(jìn)行基于準(zhǔn)靜態(tài)分析的評估方法基礎(chǔ)上，應(yīng)用瞬態(tài)響應(yīng)分析法，對自升式平臺在規(guī)則波、不規(guī)則波以及風(fēng)浪聯(lián)合作用下的動力響應(yīng)進(jìn)行了分析，提出了一種計及自升式平臺動力效應(yīng)修正的強度評估方法；基于Weibull分布和三維線性勢流理論對自升式平臺在位工況和遷航工況隨機響應(yīng)進(jìn)行極值預(yù)報，并以此為基... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

空間構(gòu)件坐標(biāo)變換示意圖

2.2.1 規(guī)則波載荷計算對海洋工程進(jìn)行波浪載荷計算的前提是選擇合適的波浪理論，一般根據(jù)各波浪理論的適用范圍進(jìn)行選擇（圖2.2）。以本文目標(biāo)平臺為例，其工作海域波浪周期范圍為3~21秒，風(fēng)暴自存工況下設(shè)計波高大于10米，因此確定性分析時選取Stokes5階波是合適的，而隨機性結(jié)構(gòu)分析時則一般采用Airy波理論[13] [94]。圖 2.2 波浪理論的適用范圍Fig.2.2 The scope of application of wave theory2.2.1.1 線性 Airy 波理論對于線性波浪理論而言，其波形為正弦曲線，由于其線性特點，被廣泛用于繞射問題和譜分析研究，其波面方程和速度式可由式(2-8)和(2-9)表達(dá)：

則水平方向的速度和加速度表達(dá)為下式：xVx φ= ，xxdVadt= (2-線性波浪理論存在一定的局限性，通常只考慮平均濕表面水面以下的水質(zhì)點運動了計入波峰的影響，通常將水線以上構(gòu)件坐標(biāo)定義為正值，但這種處理方式會導(dǎo)致峰處水質(zhì)點速度和加速度的高估。因此，Wheeler J. D 提出了瞬時波面的 Wheeler，考慮到了平均水位和瞬時自由波面間的作用力，目前業(yè)界普遍認(rèn)可這種處理方式'1zzdζζ =+(2-1式中： z '—— 修正后的垂向坐標(biāo)z —— 所需計算速度點的垂向坐標(biāo)d —— 到靜水面的水深ζ —— 瞬時波面升高的吃水

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]海上自升式平臺動力分析方法研究(英文)[J]. 于昊,李曉宇,楊曙光.  Journal of Marine Science and Application. 2012(01)
[2]基于PATRAN環(huán)境的自升式平臺強度評估程序開發(fā)[J]. 于昊,胡安康,李曉宇,任慧龍.  船舶工程. 2012(01)
[3]300ft自升式平臺極限工況強度評估[J]. 馮國慶,李曉宇,于昊,楊曙光,李瓊玥.  船海工程. 2011(05)
[4]基于PCL的艦船結(jié)構(gòu)強度評估系統(tǒng)開發(fā)[J]. 馮國慶,任慧龍,李輝,胡超然,李依陽,劉志慧.  艦船科學(xué)技術(shù). 2010(05)
[5]HYSY-981半潛式平臺風(fēng)載荷數(shù)值模擬與風(fēng)洞實驗[J]. 朱航,馬哲,翟鋼軍,謝彬,付英軍,歐進(jìn)萍.  船海工程. 2009(05)
[6]脈動風(fēng)場模擬技術(shù)的研究與進(jìn)展[J]. 張希黔,葛勇,嚴(yán)春風(fēng),晏致濤.  地震工程與工程振動. 2008(06)
[7]我國自升式鉆井平臺的發(fā)展與前景[J]. 汪張?zhí)?趙建亭.  中國海洋平臺. 2008(04)
[8]大跨度結(jié)構(gòu)隨機脈動風(fēng)場的快速模擬方法[J]. 羅俊杰,韓大建.  工程力學(xué). 2008(03)
[9]小波分析在空間隨機風(fēng)場模擬中的應(yīng)用[J]. 徐聞,葉繼紅,單建.  振動與沖擊. 2008(02)
[10]基于特征正交分解的橋梁風(fēng)場模擬[J]. 胡亮,李黎,樊劍.  武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版). 2008(01)

博士論文
[1]半潛式平臺運動性能與活動垂蕩板減振系統(tǒng)研究[D]. 朱航.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[2]船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度評估方法研究[D]. 馮國慶.哈爾濱工程大學(xué) 2006
[3]高聳結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)和風(fēng)振疲勞研究[D]. 王世村.浙江大學(xué) 2005

碩士論文
[1]自升式平臺疲勞計算方法研究[D]. 胡雅梅.哈爾濱工程大學(xué) 2011
[2]自升式平臺強度評估若干問題研究[D]. 楊曙光.哈爾濱工程大學(xué) 2011
[3]小水線面雙體船結(jié)構(gòu)疲勞評估方法研究[D]. 甄春博.哈爾濱工程大學(xué) 2009
[4]基于小波分析的風(fēng)場模擬及大型儲罐風(fēng)致屈曲初步研究[D]. 馬昌恒.大慶石油學(xué)院 2007
[5]極端海況錦州JZ20-2平臺的風(fēng)險評估[D]. 孫希興.中國海洋大學(xué) 2005
[6]自升式海洋平臺結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析[D]. 陸浩華.武漢理工大學(xué) 2005
[7]導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)動力特性與動力可靠性分析[D]. 黃懷州.大連理工大學(xué) 2004
[8]自升式平臺樁腿的受力分析[D]. 劉英杰.哈爾濱工程大學(xué) 2004
[9]海洋平臺結(jié)構(gòu)中K型管節(jié)點疲勞強度分析[D]. 梁園華.大連理工大學(xué) 2002



本文編號：3328955