海洋平台碰撞性能研究

论文摘要

随着人们开发海洋的步伐不断加快,海洋平台的安全性能越来越受到人们的重视,其中海洋平台的碰撞性能是海洋平台安全性能的一个重要方面。国内外学者已经对海洋平台的碰撞性能做了很多研究工作,但考虑到海洋平台结构的复杂性,通常把流体与海洋平台的相互作用以附加质量的形式考虑,同时也很少考虑缆绳对海洋平台碰撞性能的影响,这种处理方法使得数值模拟的精确度降低。随着计算机性能的提高目前有能力有必要开展这方面的研究。本论文的主要内容如下：（1）进行了半潜式海洋平台的模型化研究,基于ANSYS软件建立平台的三维模型,应用Hypermesh软件强大的网格前处理功能划分出了高质量的网格,在此基础上利用非线性显式有限元软件LS-DYNA进行了模拟仿真；（2）通过采用大型非线性分析软件LS-DYNA中的流-固耦合方法,对一商船船首垂直撞击半潜式海洋平台立柱的过程进行数值仿真研究,并研究了平台立柱结构的主要碰撞参数,如碰撞力、结构损伤变形以及结构、流体吸能情况；（3）对海洋平台在流固耦合模型和附加质量模型下立柱结构的碰撞力和吸收内能进行了对比研究；（4）在无缆绳存在的条件下对商船船首垂直撞击半潜式海洋平台立柱的过程进行数值仿真研究,并将海洋平台立柱的碰撞参数与有缆绳存在时进行了对比研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景与目标
• 1.2 海洋结构物碰撞问题国内外研究状况
• 1.3 论文主要研究的内容
• 2 海洋平台碰撞仿真的理论基础
• 2.1 显式有限元方法的发展
• 2.1.1 非线性有限元软件LS-DYNA软件和Hypermesh软件简介
• 2.2 大变形动力学基本方程与数值计算方法
• 2.2.1 大变形动力学基本理论和数值计算方法
• 2.2.2 求解方程需要注意的问题
• 2.3 海洋平台碰撞仿真中材料模型
• 2.4 海洋结构物碰撞仿真中对称罚函数法和初始穿透
• 2.4.1 对称罚函数法
• 2.4.2 接触中的初始穿透
• 2.5 海洋平台碰撞中的流固-耦合算法
• 2.5.1 流固耦合问题分类
• 2.5.2 ALE算法
• 3 考虑流固耦合的海洋平台碰撞数值仿真模型简化论证
• 3.1 半潜式海洋平台的结构特点
• 3.2 材料模型参数的选取
• 3.3 单元类型的选取
• 3.4 碰撞实体和有限元模型
• 3.4.1 半潜式海洋平台几何模型和有限元模型
• 3.4.2 撞击船的模型的确定
• 3.4.3 流体的模型的确定
• 3.4.4 缆绳的模型的确定
• 3.4.5 碰撞情景的确定
• 3.5 半潜式海洋平台和流体的相互作用
• 3.5.1 流体的耦合应力分析
• 3.5.2 流体的动能变化
• 3.6 半潜式海洋平台损伤变形分析
• 3.6.1 立柱外板
• 3.6.2 横向框架
• 3.6.3 垂向壁板
• 3.6.4 外板T型材和横向框架T型材
• 3.7 碰撞力比较
• 3.8 碰撞过程的能量分析
• 3.8.1 船首的动能变化
• 3.8.2 立柱结构的能量变化
• 3.8.3 系统的能量转换
• 3.9 本章小结
• 4 流固耦合模型同附加质量法仿真结果比较研究
• 4.1 附加质量密度
• 4.2 两种仿真模型计算结果比较研究
• 4.2.1 碰撞力比较研究
• 4.2.2 结构吸能比较研究
• 4.3 本章结论
• 5 系泊系统对海洋平台碰撞性能的影响
• 5.1 碰撞力比较研究
• 5.2 结构吸能比较研究
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录A 主要符号说明
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢