作為一種綜合大型海洋石油生產(chǎn)基地,FPSO的應(yīng)用范圍遍及各種深度的海域及邊際油田的石油開采作業(yè),目前FPSO已成為海洋油氣資源開發(fā)的主要裝備。FPSO的油氣是通過穿梭油輪來進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的,兩者主要是以尾靠外輸或旁靠外輸?shù)男问竭M(jìn)行輸油作業(yè)。由于尾靠外輸比旁靠外輸更能適應(yīng)復(fù)雜的海況作業(yè)條件,具有更高的安全性,所以目前FPSO普遍采用尾靠外輸形式。FPSO與穿梭油輪進(jìn)行尾靠作業(yè)外輸過程中,穿梭油輪首部可能發(fā)生撞擊FPSO尾部的事故,稱為“尾碰”。尾碰事故往往會(huì)造成FPSO尾部結(jié)構(gòu)的損壞,導(dǎo)致大量原油泄漏,造成海洋環(huán)境污染,并有可能危及作業(yè)人員生命安全及造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失等嚴(yán)重后果。因此,本文重點(diǎn)是研究尾靠外輸作業(yè)過程中可能發(fā)生的尾碰事故。為了提高FPSO尾部結(jié)構(gòu)的耐撞性能,保障其在尾靠外輸作業(yè)期間的安全性,在設(shè)計(jì)階段對(duì)尾碰性能進(jìn)行分析評(píng)估,并基于碰撞性能的分析結(jié)果對(duì)FPSO尾部結(jié)構(gòu)開展進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的意義。本文針對(duì)某15萬噸級(jí)FPSO,參考FPSO尾靠外輸作業(yè)場(chǎng)景選定本文的碰撞場(chǎng)景,基于非線性有限元分析軟件ABAQUS,采用同步損傷分析法模擬了尾靠外輸作業(yè)過程中發(fā)生過分縱蕩運(yùn)動(dòng)和魚尾運(yùn)動(dòng)時(shí)FPSO尾部與穿梭油輪首部的碰撞事故,并對(duì)分別采用簡(jiǎn)化分析法和同步損傷分析兩種方法的計(jì)算時(shí)間和碰撞后的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行比較分析。通過分析“尾碰”后結(jié)構(gòu)的損傷變形、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、碰撞力和吸能情況,對(duì)FPSO尾部結(jié)構(gòu)的碰撞性能進(jìn)行評(píng)估。此外,本文還研究了撞擊參數(shù)對(duì)碰撞響應(yīng)的影響,如撞擊速度和撞擊角度。本文基于碰撞性能評(píng)估結(jié)果,結(jié)合正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等智能優(yōu)化算法對(duì)FPSO尾部結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)。選定吸能能力較強(qiáng)的尾部構(gòu)件的板厚作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量,建立以單位質(zhì)量吸能和單位質(zhì)量變形為耐撞性指標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù),并結(jié)合制造工藝確定約束條件,建立了FPSO尾部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型,通過對(duì)比不同優(yōu)化方法最佳設(shè)計(jì)方案的耐撞性指標(biāo)值,得到了耐撞性能最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案,此研究結(jié)果可以為FPSO尾部結(jié)構(gòu)的耐撞性設(shè)計(jì)提供參考。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE975
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 FPSO尾碰的研究背景及意義
    1.2 船舶碰撞問題的研究方法
    1.3 FPSO尾碰問題的研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要內(nèi)容
2 碰撞力學(xué)性能數(shù)值仿真分析技術(shù)
    2.1 ABAQUS顯式求解法
    2.2 碰撞運(yùn)動(dòng)方程的顯式求解法
    2.3 材料模型
        2.3.1 材料的應(yīng)變率敏感性及本構(gòu)方程
        2.3.2 材料的定義方法及失效準(zhǔn)則
    2.4 沙漏控制
    2.5 接觸模型
        2.5.1 接觸算法
        2.5.2 接觸屬性
    2.6 碰撞過程中流體的處理方法
        2.6.1 流固耦合法
        2.6.2 附加質(zhì)量法
    2.7 本章小結(jié)
3 基于同步損傷分析法的FPSO尾碰的數(shù)值仿真分析
    3.1 FPSO尾靠外輸?shù)呐鲎矆?chǎng)景
    3.2 FPSO尾碰的有限元模型
        3.2.1 FPSO尾部與穿梭油輪首部的有限元模型
        3.2.2 有限元模型的材料、接觸設(shè)置及流體的處理方法
    3.3 過分縱蕩運(yùn)動(dòng)引起的FPSO尾碰的同步損傷分析方法研究
        3.3.1 有限元模型的邊界條件及加載
        3.3.2 碰撞仿真結(jié)果及分析
        3.3.3 不同撞擊速度下FPSO尾部碰撞性能影響分析
    3.4 魚尾運(yùn)動(dòng)引起的FPSO尾碰的同步損傷分析方法研究
        3.4.1 有限元模型的邊界條件及加載
        3.4.2 碰撞的仿真結(jié)果及分析
        3.4.3 不同撞擊角度下FPSO尾部碰撞性能影響分析
    3.5 本章小結(jié)
4 FPSO尾部結(jié)構(gòu)耐撞優(yōu)化設(shè)計(jì)
    4.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原理
        4.1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型
        4.1.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        4.1.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
        4.1.4 遺傳算法
        4.1.5 BP-GA優(yōu)化算法
    4.2 FPSO尾部結(jié)構(gòu)碰撞仿真的簡(jiǎn)化分析法
        4.2.1 簡(jiǎn)化分析法的碰撞仿真模型
        4.2.2 簡(jiǎn)化分析法的碰撞仿真結(jié)果及分析
        4.2.3 簡(jiǎn)化分析法與同步損傷分析法碰撞仿真結(jié)果的比較及分析
    4.3 FPSO尾部結(jié)構(gòu)耐撞性能優(yōu)化設(shè)計(jì)
        4.3.1 耐撞性能優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型
        4.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與直觀分析
        4.3.3 基于GA的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法
        4.3.4 BP-GA優(yōu)化分析
        4.3.5 優(yōu)化結(jié)果比較與分析
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張延昌;劉昆;王璞;景寶金;;大型浮式結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)碰撞性能分析[J];船舶;2015年06期

2 劉平;王林;;LS-DYNA軟件對(duì)某半潛式海洋平臺(tái)發(fā)生碰撞的分析[J];解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年05期

3 劉敬喜;崔o

本文編號(hào)：2834995