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深海半潜式平台关键结构极限强度研究

作　者: 沈中祥
导　师: 尹群；张健
学　校: 江苏科技大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 半潜式平台极限强度腐蚀初始变形
分类号: U661.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

海洋平台在服役过程中除了承受复杂的环境载荷外，还将面临着偶然性灾害、偶然性载荷等诸多问题，平台结构一旦发生破坏或者失效后果不堪设想，因此，保证平台结构不破坏或不失效是避免发生事故的主要措施，而平台极限强度评估是确保其在可能的极限外载荷下有足够的强度储备，是保证完整性最有效的方法。极限强度是半潜式海洋平台适应环境能力的重要指标，鉴于腐蚀、初始变形等损伤对平台极限承载能力的重要影响，合理评估损伤后平台对外载荷的极限承载能力，有助于更高效的开展平台结构设计，减少事故损失。本文对平台在典型工况下极限状态进行了深入研究，并基于平台在风暴自存工况下的四个极限状态的计算结果，确定了平台的危险结构和位置；采用非线性有限元软件Abaqus，首先对平台结构极限强度计算进行模型技术化研究，分析了典型平台不同的关键结构在无损状态下的极限承载力；研究并确定了合理的腐蚀预报模型，对腐蚀损伤下的平台关键结构的极限承载力进行了分析；对平台初始变形影响进行了有限元模拟，并计算了平台关键结构在含有初始变形影响下的极限强度。主要内容及结论如下：（1）分析了半潜式平台在典型工况下的极限状态，并研究了平台在各极限状态下的最危险结构，基于典型平台在风暴自存工况下的四个极限状态的计算结果，确定了平台的危险结构和具体位置、主受力状态、主失效模式。（2）对平台结构极限强度计算进行模型技术化研究，分别考虑和比较了不同的求解方法、加载速率、网格尺寸等参数对计算精度的影响。对平台危险结构（横撑、立柱、浮体）的失效模式分别进行了研究，并对其处于无损状态时在不同失效模式下的极限承载力做了计算，得到危险结构在不同失效模式下的极限强度值、应力分布规律、变形情况。（3）提出了合理的腐蚀预报模型，给出了平台计及材料腐蚀影响的剩余极限承载力计算流程，基于腐蚀损伤下对平台危险结构（横撑、立柱、浮体）分别进行极限承载力计算，得到了平台关键结构在全寿命期剩余极限强度演变规律，给出了典型平台关键结构在全寿命期剩余极限强度的拟合公式。（4）开展了半潜式平台关键结构在含有初始变形影响下的极限承载力计算方法研究。对横撑、立柱、浮体结构进行线性特征值屈曲分析，并基于线性屈曲分析的基础，引入初始变形，进一步进行非线性后屈曲分析，得到横撑、立柱、浮体结构在初始变形影响下的极限强度。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-24
  1.1 课题的研究背景及意义  12-14
  1.2 课题的研究现状  14-23
    1.2.1 半潜平台的发展和应用现状  14-17
    1.2.2 海洋平台极限强度研究现状  17-23
  1.3 本文主要研究内容  23
  1.4 本文关键技术及创新点  23-24
第二章半潜式海洋平台典型工况下极限状态分析  24-31
  2.1 引言  24
  2.2 典型工况下半潜式海洋平台的极限状态  24-25
  2.3 各极限状态下半潜式平台关键结构分析  25-27
  2.4 各极限状态下半潜式海洋平台的关键结构确定  27-30
    2.4.1 半潜式平台的主要结构  27-29
    2.4.2 半潜式平台的关键结构确定  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章半潜式海洋平台关键结构无损状态下极限强度分析  31-56
  3.1 引言  31
  3.2 半潜式海洋平台极限强度基础模型技术化分析  31-41
    3.2.1 非线性分类  31-32
    3.2.2 非线性有限元的求解方法  32-34
    3.2.3 半潜式海洋平台求解极限强度的模型技术化分析  34-41
  3.3 横撑结构无损状态下极限强度分析  41-46
    3.3.1 计算模型  41-42
    3.3.2 横撑失效模式分析  42
    3.3.3 横撑结构典型工况下极限强度分析  42-46
  3.4 立柱结构无损状态下极限强度分析  46-50
    3.4.1 计算模型  46-47
    3.4.2 立柱失效模式分析  47
    3.4.3 立柱结构典型工况下极限强度分析  47-50
  3.5 浮体结构无损状态下极限强度分析  50-54
    3.5.1 计算模型  50-51
    3.5.2 浮体失效模式分析  51
    3.5.3 浮体结构典型工况下极限强度分析  51-54
  3.6 本章小结  54-56
第四章腐蚀损伤对海洋平台关键结构极限强度影响分析  56-80
  4.1 引言  56
  4.2 腐蚀预报模型  56-59
  4.3 腐蚀损伤下深海半潜式平台关键结构极限强度计算流程  59-60
  4.4 腐蚀损伤下横撑结构极限强度分析  60-66
    4.4.1 不同服役年限下横撑极限强度  60-64
    4.4.2 腐蚀损伤下横撑剩余极限强度分析  64-66
  4.5 腐蚀损伤下立柱结构极限强度分析  66-72
    4.5.1 不同服役年限下立柱极限强度  66-70
    4.5.2 腐蚀损伤下立柱剩余极限强度分析  70-72
  4.6 腐蚀损伤下浮体结构极限强度分析  72-78
    4.6.1 不同服役年限下浮体极限强度  72-76
    4.6.2 腐蚀损伤下浮体剩余极限强度分析  76-78
  4.7 本章小结  78-80
第五章初始变形对海洋平台关键结构极限强度影响分析  80-87
  5.1 引言  80
  5.2 初始变形的模拟  80-82
    5.2.1 特征值屈曲分析理论  80-81
    5.2.2 利用特征值屈曲分析模拟板架结构的初始变形  81-82
  5.3 初始变形对平台关键结构的影响分析  82-86
    5.3.1 含有初始变形的横撑结构极限强度分析  82-84
    5.3.2 含有初始变形的立柱结构极限强度分析  84-85
    5.3.3 含有初始变形的浮体结构极限强度分析  85-86
  5.4 本章小结  86-87
第六章结论与展望  87-90
  6.1 本文主要研究工作  87-88
  6.2 本文主要成果及结论  88-89
  6.3 进一步研究与展望  89-90
参考文献  90-94
攻读硕士学位期间发表的学术论文  94-95
致谢  95

深海半潜式平台关键结构极限强度研究

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