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关键构件破损状态下半潜式平台极限强度计算方法研究

作　者: 张圆缘
导　师: 嵇春艳
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横撑破损立柱损伤腐蚀
分类号: U674.38
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

半潜式海洋平台是现在应用最广泛的深水海洋平台之一。平台在服役期间环境条件恶劣，除此之外还会受到横撑结构破损、立柱碰撞受损、材料腐蚀等损伤因素影响。为确保平台结构安全，对平台进行整体极限强度评估是极为重要的。本文以半潜式海洋平台为研究对象，给出极限强度计算方法和计算流程，对半潜式平台进行极限强度计算，并考虑横撑破损、立柱受损和腐蚀对平台极限强度的影响，主要研究内容及结论如下：（1）半潜式平台波浪载荷长期预报及总体强度分析。基于三维势流理论，采用SESAM软件对平台各典型危险波浪载荷工况进行水动力分析，并对平台百年一遇波浪载荷进行长期预报，确定平台在各工况下的设计波参数，由设计波对平台进行波浪载荷传递分析，从而对平台进行总体强度分析，在此基础上确定平台各部位结构的强弱。（2）半潜式平台完好状态下极限强度计算分析。应用准静态有限元计算方法，计算完好状态下平台浮体与主甲板局部构件极限强度，并与平台的整体极限强度进行对比分析。计算结果表明半潜式平台整体极限强度与局部构件极限强度结果存在较大差距，对平台进行极限强度研究时，应考虑平台结构的整体极限强度。（3）损伤因素对半潜式平台极限强度的影响分析。通过典型半潜式平台的有限元数值算例，研究横撑破损、立柱碰撞受损和腐蚀的有限元模拟方法，建立带有损伤的半潜式平台模型，并进行剩余限强度计算，对比分析平台在完好状态与损伤状态时的极限强度，在此基础上分析得到平台整体剩余极限强度的变化规律。研究表明立柱碰撞损伤对平台整体极限强度没有较大影响。横撑破损和腐蚀分别对横向受力工况和中拱工况下极限强度影响最大。尤其当两者共同作用时，横浪作用下的平台剩余极限强度降低较多。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-15
第1章绪论  15-23
  1.1 引言  15-16
  1.2 海洋平台极限强度研究现状  16-17
  1.3 结构极限强度计算方法  17-21
    1.3.1 直接计算法  17-18
    1.3.2 简化的逐步破坏法  18
    1.3.3 非线性有限元法  18-19
    1.3.4 理想结构单元法  19-20
    1.3.5 实船事故调查和模型试验  20-21
  1.4 论文研究内容和创新点  21-23
    1.4.1 论文研究内容  21
    1.4.2 论文关键技术和创新点  21-23
第2章结构极限强度有限元分析研究  23-33
  2.1 引言  23
  2.2 有限元分析中的非线性问题  23-25
    2.2.1 材料非线性  23-24
    2.2.2 几何非线性  24
    2.2.3 边界非线性  24-25
  2.3 非线性有限元分析方法  25-29
    2.3.1 弧长法  25-27
    2.3.2 准静态法  27-29
  2.4 数值算例  29-32
    2.4.1 箱型梁有限元模型  29-30
    2.4.2 弧长法计算  30
    2.4.3 准静态法计算  30-31
    2.4.4 方法对比  31-32
  2.5 小结  32-33
第3章半潜式平台总体强度分析  33-55
  3.1 引言  33
  3.2 半潜式平台典型波浪工况  33-36
  3.3 设计波参数的确定  36-37
    3.3.1 确定性设计波法  36-37
    3.3.2 随机性设计波法  37
  3.4 波浪载荷计算方法  37-40
    3.4.1 莫里森方程  38-39
    3.4.2 三维势流理论  39-40
  3.5 波浪载荷预报统计  40-43
    3.5.1 不规则波  40
    3.5.2 波浪谱  40-42
    3.5.3 载荷与运动响应传递函数  42
    3.5.4 波浪散布图  42
    3.5.5 短期预报  42
    3.5.6 长期预报  42-43
  3.6 数值算例  43-54
    3.6.1 半潜式平台简介  43-44
    3.6.2 半潜式平台有限元模型  44-47
    3.6.3 环境条件  47-48
    3.6.4 半潜式平台剖面载荷  48-51
    3.6.5 波浪载荷预报  51
    3.6.6 设计波参数确定  51
    3.6.7 总体强度计算  51-53
    3.6.8 总体强度校核  53-54
  3.7 小结  54-55
第4章结构损伤对半潜式平台极限强度的影响分析  55-73
  4.1 引言  55
  4.2 横撑破损模型研究  55
  4.3 立柱碰撞受损模型研究  55-56
  4.4 平台极限强度计算流程  56-57
  4.5 数值算例  57-72
    4.5.1 平台概况  57
    4.5.2 完好状态下局部结构极限强度计算  57-60
    4.5.3 完好状态下平台整体极限强度计算  60-64
    4.5.4 横撑破损状态下平台整体极限强度计算  64-70
    4.5.5 立柱受损状态下平台整体极限强度计算  70-72
  4.6 小结  72-73
第5章腐蚀对半潜式平台极限强度的影响分析  73-88
  5.1 引言  73
  5.2 腐蚀模型简介  73-75
    5.2.1 均匀腐蚀模型  73-74
    5.2.2 局部腐蚀模型  74-75
  5.3 半潜式平台腐蚀规律  75
    5.3.1 大气区  75
    5.3.2 飞溅区  75
    5.3.3 全浸区  75
  5.4 数值算例  75-87
    5.4.1 腐蚀预报  76
    5.4.2 腐蚀对平台极限强度影响计算  76-85
    5.4.3 横撑破损与腐蚀损伤共同作用  85-87
  5.5 小结  87-88
第6章结论与展望  88-90
  6.1 主要研究工作  88
  6.2 主要结论  88-89
  6.3 研究展望  89-90
参考文献  90-96
攻读硕士学位期间发表的学术论文  96-97
致谢  97

关键构件破损状态下半潜式平台极限强度计算方法研究

内容摘要

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