深水半潜式钻井平台总体强度分析及疲劳强度评估

论文摘要

作为深海油气田勘探开发的主流装备,新型深水半潜式钻井平台具有较大的纵向和横向跨度,使得其总体强度和疲劳强度非常重要。本文以某新型深水半潜式钻井平台为分析研究对象,建立了平台结构强度分析的计算模型,采用三维绕射理论计算波浪载荷,总结了适合半潜式平台的总体强度分析方法和疲劳强度分析方法,完成了平台整体结构有限元分析、主体结构连接部位对波浪载荷的敏感性分析和连接部位危险节点的疲劳强度分析。本文的主要研究工作内容包括:1)总结了适合目标平台的总体强度和疲劳强度分析方法。2)完成了平台的水动力载荷预报,采用谱分析法确定设计波参数;完成了平台总体结构强度评估,研究了总体强度分析的计算工况选取原则和控制总体强度的关键因素。3)分析了主体结构连接部位对波浪频率和波浪浪向的敏感性。4)结合S-N曲线和线性载荷谱分析法评估关键部位连接节点的疲劳寿命,研究了对平台疲劳寿命影响最大的海况,得到主体结构连接部位中对平台疲劳寿命影响最大的危险节点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半潜式平台概述
• 1.2.1 半潜平台的发展历程
• 1.2.2 深水半潜平台的结构简介
• 1.3 半潜平台结构强度分析方法
• 1.3.1 简化分析方法
• 1.3.2 有限元法
• 1.3.3 设计波法
• 1.4 疲劳问题
• 1.4.1 疲劳裂纹产生的微观机理
• 1.4.2 疲劳分析方法
• 1.5 论文的主要工作
• 第二章 半潜平台总体强度和疲劳强度分析的关键技术
• 2.1 引言
• 2.2 载荷分析
• 2.2.1 环境载荷
• 2.2.2 重力载荷
• 2.2.3 作业载荷
• 2.2.4 甲板载荷
• 2.3 波浪载荷计算
• 2.4 波浪载荷统计预报
• 2.4.1 不规则波
• 2.4.2 波浪谱
• 2.4.3 载荷与运动响应传递函数
• 2.4.4 波浪散布图
• 2.4.5 短期预报
• 2.4.6 长期预报
• 2.5 总体强度分析流程
• 2.6 计算模型
• 2.6.1 结构模型
• 2.6.2 质量模型
• 2.6.3 水动力模型
• 2.7 基于谱分析的疲劳强度评估方法
• 2.7.1 疲劳分析总则
• 2.7.2 谱分析方法流程
• 2.8 本章小结
• 第三章 目标半潜平台总体强度分析
• 3.1 引言
• 3.2 目标平台结构简介
• 3.3 目标平台计算模型
• 3.3.1 坐标说明
• 3.3.2 水动力模型
• 3.3.3 结构模型
• 3.3.4 质量模型
• 3.3.5 边界条件
• 3.4 目标平台水动力载荷分析
• 3.4.1 环境条件
• 3.4.2 装载工况
• 3.4.3 水动力载荷传递函数
• 3.4.4 水动力载荷长期预报
• 3.4.5 设计波参数
• 3.5 结果分析
• 3.5.1 入射波状态与结构变形模式的关系
• 3.5.2 平台的较高应力区
• 3.5.3 平台各部分最大Von Mises 应力变化特点
• 3.6 控制总体强度的关键因素
• 3.7 分析工况选取原则
• 3.8 本章小结
• 第四章 主体结构连接部位波浪载荷敏感性分析
• 4.1 引言
• 4.2 敏感性分析部位及工况
• 4.2.1 分析部位
• 4.2.2 分析工况
• 4.3 波浪频率敏感性分析
• 4.3.1 自存工况波浪频率敏感性分析
• 4.3.2 作业工况3 波浪频率敏感性分析
• 4.4 浪向敏感性分析
• 4.4.1 自存工况浪向敏感性分析
• 4.4.2 作业工况3 浪向敏感性分析
• 4.5 结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于谱分析法的目标平台危险节点疲劳强度分析
• 5.1 引言
• 5.2 危险节点筛选和疲劳分析环境
• 5.2.1 危险节点筛选
• 5.2.2 疲劳分析环境条件
• 5.3 半潜平台危险节点的热点应力谱分析
• 5.3.1 热点应力方法概述
• 5.3.2 危险节点热点应力传递函数
• 5.3.3 危险节点热点应力功率谱密度函数
• 5.3.4 危险节点交变应力统计特性
• 5.4 S-N 曲线基本原理
• 5.5 疲劳累积损伤准则
• 5.6 分段连续模型下的疲劳累积损伤
• 5.6.1 分段连续模型的应力范围分布
• 5.6.2 分段连续模型下的累积损伤
• 5.7 相关修正系数
• 5.7.1 板厚修正系数
• 5.7.2 带宽修正系数
• 5.7.3 低应力范围的疲劳损伤修正系数
• 5.8 节点疲劳寿命评估
• 5.8.1 节点的疲劳累积损伤度
• 5.8.2 节点的疲劳寿命
• 5.9 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 附录A 结构变形图
• 附录B 疲劳寿命分析数据
• 致谢
• 攻读学位期间发表学术论文目录