钻井平台局部强度有限元分析研究

论文摘要

随着海洋石油工业的发展海洋平台日益受到世界各海洋石油生产商的关注。海洋平台是海洋油气资源开发的基础性设施,是海上生产作业和生活的基地,其安全性能是确保海上油气生产和作业人员人身安全的重要保障。但由于海洋平台所处的海洋环境十分复杂和恶劣,风、波浪、海流和潮汐及其他不确定载荷等各种动静载荷往往对平台结构的安全构成极大的威胁。“胜利四号”因泥浆泵房改造后,需对甲板及立柱结构(包括工作甲板和机械甲板)的局部强度进行分析,以保证安全性。以泥浆泵房改造后甲板及立柱结构(包括工作甲板和机械甲板)结构为研究对象,采用板壳单元(ANSYS中SHELL63)、梁单元(ANSYS中BEAM188)、管单元(ANSYS中PIPE16)来模拟上述结构；在对结构进行适当简化的基础上,将分析模型边界条件设定为在模型截断处简支和在沉垫甲板处固支,利用有限元分析软件ANSYS并按照船级社规范对局部结构进行了静力分析工况下的强度分析,研究了其变形及应力情况。“渤海九号”根据原有的吊车将军柱结构及主甲板下支撑结构图,对吊车将军柱结构作了局部修改。为保证结构安全,从平台主体取出了部分结构,连同基座一起建立有限元分析模型。平台的甲板、舱壁板、吊车基座等都采用高次板壳单元SHELL93模拟,纵桁、强横梁等高腹板构件,也都用SHELL93单元模拟,其余腹板高度较小的骨材如甲板纵骨、舱壁扶强材等,用空间梁元BEAM189单元模拟,计算了平台及基座的变形、内力、应力等。分析结果表明,局部结构强度均满足CCS《海上移动平台入级与建造规范》要求。本文对平台结构设计的建模分析,将为进一步展开后续设计提供理论依据,也将对后续海洋平台改造和修理工程积累了宝贵经验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 课题研究的现状
• 1.3 本文研究的主要内容及方法
• 第2章 强度分析的理论基础
• 2.1 强度理论基本原理
• 2.1.1 第一强度理论
• 2.1.2 第二强度理论
• 2.1.3 第三强度理论
• 2.1.4 第四强度理论
• 2.2 弹性力学基本原理
• 2.2.1 弹性力学的假设
• 2.2.2 应力应变关系
• 2.2.3 虚功原理
• 2.3 有限元方法及ANSYS基本理论
• 2.3.1 有限元方法基本原理
• 2.3.2 ANSYS基本理论
• 2.4 本章小结
• 第3章 "胜利四号"平台甲板局部强度分析
• 3.1 海洋平台基本参数
• 3.1.1 分析模型
• 3.1.2 分析工况及载荷
• 3.2 强度标准
• 3.3 分析结果
• 第4章 "渤海九号"钻井平台将军柱局部结构强度分析
• 4.1 吊车将军柱基本参数
• 4.2 计算工况
• 4.2.1 无风工况
• 4.2.2 有风工况
• 4.3 吊车载荷计算
• 4.3.1 作业系数
• 4.3.2 起升系数
• 4.3.3 吊车荷载的取值
• 4.3.4 运动惯性力
• 4.3.5 风载荷
• 4.4 安全系数及许用应力
• 4.5 吊机底座的等效荷载
• 4.6 钻井平台将军柱结构的强度分析
• 4.6.1 有限元模型
• 4.6.2 强度计算结果
• 4.6.2.1 替换前强度计算结果
• 4.6.2.2 替换后强度计算结果
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢