Truss Spar平台在装船、运输、浮卸过程中的水动力性能及结构强度研究

论文摘要

随着深海油气资源的大量开发,新型深海平台的需求不断加大。Truss Spar平台凭借其优良的性能和相对较低的造价,已经成为世界深海油气开采中的主要平台类型之一。由于Truss Spar平台结构形式具有特殊性,主体结构较长,桁架结构的存在导致平台截面刚度、浮力和重量分布不均,使其从装船、运输到下水的整个过程与其他平台有着巨大区别。本文紧密联系工程实际,针对一目标Truss Spar平台和半潜驳船,系统地对Truss Spar平台的装船、干拖、浮卸、湿拖过程中的水动力性能和结构性能进行研究。本文的研究主要分四个部分:首先,对Spar平台装船过程进行结构强度研究,通过建立Truss Spar平台及支架的结构有限元模型,对装船过程中的结构强度进行求解,并根据弹塑性变形理论对平台极限情况进行分析,得到装船过程支架外力包络线、平台总体应力强度水平和极限载况响应曲线等结果,作为平台装船施工中判断驳船压载调节的控制条件及Spar平台结构安全的衡准。其次,基于三维势流理论,对半潜船驳运Spar平台系统进行水动力分析,通过对波浪诱导载荷及运动进行长期分析,利用设计波法,求解波浪载荷并进行波浪诱导整体弯扭结构强度计算。获得Spar平台及半潜驳船系统在设计波下的结构强度和结构变形,根据关键构件的应力水平,判断Spar平台紧固装置的可行性。进行Spar平台在湿拖过程考虑风浪流及拖曳力联合外力作用下的水动力性能及总体强度分析,得到湿拖过程平台运动性能,结构强度和变形并进行评估。最后,针对Truss Spar平台浮卸作业双浮体耦合作用阶段,提出载荷求解方法并进行结构强度分析,对浮卸双浮体系统进行频域及时域下运动方程的求解,确定平台波浪载荷及双浮体接触力,对两种载荷分别进行结构强度分析并对结果进行叠加,对接触力进行关于波浪方向及频率的敏感性分析,对实际浮卸作业过程中Spar平台的强度水平进行评估。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 Spar 平台发展介绍
• 1.1.1 Spar 平台发展综述
• 1.1.2 Spar 平台的分类及特点
• 1.2 Truss Spar 平台装船、运输、浮卸过程介绍
• 1.2.1 装船过程
• 1.2.2 运输过程
• 1.2.3 浮卸过程
• 1.3 本论文的研究内容
• 1.4 本论文的研究目的及意义
• 第二章 Truss Spar 平台装船结构强度分析
• 2.1 装船计算基本理论
• 2.1.1 装船分析方法简介
• 2.1.2 有限元方法
• 2.1.3 极限强度的计算
• 2.2 数值计算模型
• 2.2.1 装船步骤及计算工况
• 2.2.2 平台结构有限元模型
• 2.3 计算结果与讨论
• 2.3.1 支架支反力
• 2.3.2 平台结构强度应力结果
• 2.3.3 装船极限状态结果
• 2.4 本章小节
• 第三章 Truss Spar 平台干拖水动力性能及结构强度研究
• 3.1 干拖计算基本理论
• 3.1.1 波浪诱导载荷与运动计算原理和流程总述
• 3.1.2 浮式结构物在波浪中的运动基本理论
• 3.1.3 设计波法与短期预报基本理论
• 3.2 数值计算模型
• 3.2.1 装载状态
• 3.2.2 半潜船模型
• 3.2.3 Spar 平台模型
• 3.2.4 半潜船驳运Spar 平台模型
• 3.3 载荷与运动预报及设计波的确定
• 3.3.1 水动力性能分析
• 3.3.2 载荷与运动响应预报
• 3.3.3 干拖设计波结果
• 3.4 结构强度计算
• 3.4.1 Spar 平台结构强度分析
• 3.4.2 半潜驳船结构强度分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 Truss Spar 平台浮卸水动力性能及结构强度研究
• 4.1 浮卸分析方案及基本理论
• 4.1.1 浮卸分析方案及流程
• 4.1.2 多浮体数值求解基本理论
• 4.2 数值计算模型
• 4.2.1 装载状态
• 4.2.2 Spar 平台及浮卸系统水动力模型
• 4.2.3 环境参数及工况的确定
• 4.3 双浮体水动力性能分析
• 4.3.1 频域水动力及运动性能计算
• 4.3.2 时域双浮体运动及接触力计算
• 4.3.3 敏感性分析
• 4.4 浮卸Spar 平台结构强度分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 Truss Spar 平台湿拖水动力性能及结构强度研究
• 5.1 湿拖分析方案及流程
• 5.1.1 湿拖过程载荷分类
• 5.1.2 联合外力作用下的湿拖分析流程
• 5.2 波浪载荷求解及设计波的确定
• 5.2.1 湿拖装载状态
• 5.2.2 水动力性能分析
• 5.2.3 湿拖设计波结果
• 5.3 静载荷的求解
• 5.3.1 风载荷
• 5.3.2 流载荷
• 5.3.3 拖曳力
• 5.4 湿拖结构强度分析
• 5.4.1 湿拖结构应力结果
• 5.4.2 湿拖桁架内力结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要研究工作总结和结论
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表或录用的论文
• 致谢