在役自升式平台作业状态下强度评估

论文摘要

自升式平台是一种海上活动式钻井装备,由于海洋平台造价十分昂贵,因此自升式平台一般都经历过较重大的结构和设备改造,很多是服役超过15年以上的平台。这些平台长期在恶劣的海洋环境中作业,不可避免地产生各种腐蚀、变形、裂纹、损伤甚至造成结构破坏,从而降低了平台的工作能力,甚至影响平台的作业安全,因此对老龄平台进行结构强度安全校核是十分必要的。本文综述了自升式平台静力强度分析的技术发展和研究现状,提出了平台钻井工作状态下静力强度的计算方法。考虑风、浪、流等环境载荷以及工作状态时作业载荷,研究了平台的结构特性和受力特点。在建立桩腿弦杆模型时,考虑既要保证桩腿可以计算水动力,又能够达到更好的模型仿真效果,本文提出了自定义梁截面、建立虚拟单元、耦合节点的解决方法。本文以某一自升式平台为研究对象,基于大型有限元分析软件ANSYS,针对平台钻井作业工况,建立平台整体模型:悬臂梁、围阱区、主船体、桩腿、桩靴等模型,对桩腿进行边界约束,并处理了悬臂梁-主船体、围阱区-桩腿的连接,施加环境和作业载荷,通过ANSYS的静力分析计算获得平台的位移以及应力分布,并按照《规范》对计算结果进行强度校核。计算结果表明,固桩区是典型的高应力区,但是无论是单向应力还是合成应力（Von Mises应力）都未超过规范状态,平台主体的型材结构的应力也都没有超过材料的许用应力。在甲板槽口板与船体艉封板连接区域的板内应力,在一些位置明显偏高,甚至超过材料的屈服极限。通过补强使其整体结构的静态强度满足规范要求。桩腿最大应力均出现弦杆上,其他杆件所受应力较小,对桩腿强度影响不大。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 自升式平台简介和发展现状
• 1.3 自升式平台结构静力分析研究动态
• 1.4 本文研究的内容
• 第二章 海洋工程结构物环境载荷分析
• 2.1 风载荷
• 2.1.1 设计风速的确定
• 2.1.2 风载荷计算
• 2.2 波浪载荷
• 2.2.1 波浪理论介绍
• 2.2.2 波浪载荷计算
• 2.3 海流载荷
• 2.3.1 海流速度
• 2.3.2 海流载荷计算
• 第三章 海洋工程结构物有限元分析方法
• 3.1 有限元理论
• 3.2 ANSYS 有限元单元特性
• 3.2.1 ANSYS 软件简介
• 3.2.2 PIPE59 单元简介
• 3.2.3 BEAM188 单元简介
• 3.2.4 SHELL63 单元简介
• 第四章 平台作业状态有限元模型建立
• 4.1 平台概况
• 4.1.1 平台主尺度
• 4.1.2 平台结构形式
• 4.2 有限元模型的建立
• 4.2.1 主船体结构有限元模型
• 4.2.2 桩腿有限元模型
• 4.2.3 平台局部构件有限元模型
• 4.3 有限元模型中连接和边界约束的处理
• 4.3.1 悬臂梁与船体连接
• 4.3.2 桩腿与船体连接
• 4.3.3 平台整体计算模型边界条件
• 第五章 平台强度有限元计算分析
• 5.1 载荷计算
• 5.1.1 环境载荷计算
• 5.1.2 作业载荷计算
• 5.2 施加节点载荷
• 5.2.1 节点上的环境载荷
• 5.2.2 施加作业载荷
• 5.3 计算结果及强度校核
• 5.3.1 板单元应力结果与分析
• 5.3.2 梁单元应力结果与分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢