坠物事故下典型海洋平台结构损伤机理研究

发布时间：2020-04-18 12:56

【摘要】：经济全球化的高速发展使得海洋运输业及海洋能源探采业不断兴盛,却也由此导致了海上航线日益紧密及船舶与海洋平台事故多发等问题,包括一些偶然性事故如船舶搁浅、碰撞及重物跌落等。以重物跌落为例,其后果往往造成船体结构毁坏,更甚者则会导致人员伤亡、环境污染等重大损失。因此,开展船体结构在坠物事故下的动态响应研究,揭示结构损伤变形机理以及能量吸收机制,对于开展基于事故载荷的船体结构安全性设计评估具有重要意义。本文以船舶与海洋工程坠物事故为研究背景,通过理论分析、数值仿真和模型试验相结合的方法研究了典型箱型和细长杆件坠物撞击下甲板板架结构的动态响应过程,确定了结构损伤变形特征和吸能机制,建立了坠物事故下船体板架结构损伤解析预报方法。论文主要研究内容如下:(1)归纳整理了船舶与海洋工程坠物事故以及相关结构碰撞冲击动态响应领域的国内外研究现状及研究方法,明确了论文的主要研究内容及思路。(2)总结了结构碰撞冲击损伤的解析分析的基本理论和计算分析步骤,讨论了坠物事故下船体局部结构常见的损伤变形模式及简化解析方法的应用;开展了有限元数值仿真分析技术研究,重点讨论了仿真材料非线性输入方法,为后续理论预报和数值仿真分析奠定了基础。(3)设计开展了典型船体板架结构的坠落撞击模型试验,得到了结构损伤变形及撞击载荷,在此基础上进行了相应的数值仿真计算,验证完善了仿真分析技术并为结构损伤理论预报提供了依据。(4)开展了细长杆件类坠物撞击下甲板板架结构损伤变形机理研究。基于坠落撞击试验和数值仿真分析得到的甲板板架结构整体以及各典型构件的损伤变形特点和失效模式,建立相应的理论模型并推导得到解析预报公式;在此基础上,讨论了杆头型式、坠落角度对结构损伤变形的影响,形成了不同坠落角度区间的理论预报公式,提高解析预报方法的工程适用范围和计算精度。(5)开展了箱体类坠物撞击下甲板板架结构损伤变机理研究。选取标准集装箱为典型箱形坠物,分析确定了事故场景及相关参数,以此为基础开展数值仿真分析,得到了垂直跌落(面接触)和倾斜跌落(线接触)两种典型事故工况下甲板板架结构的损伤特性及变形模式,基于塑性力学理论开展解析计算,推导得到了理论预报公式。(6)以典型海洋平台舱段结构作为研究对象,基于研究确定的仿真分析技术,对舱段结构在典型坠物事故场景下的动态响应进行分析研究,从损伤变形、能量吸收以及坠物过程中的能量转化情况等方面评估结构的安全性,并讨论了底面、侧面以及边线坠落三种典型场景对舱段结构的影响。以底面接触为基础,研究不同坠落位置下直接受撞的构件的不同对舱段结构动态响应的影响。
【图文】：

海洋平台,事故,重物,人员

景与意义球化，，使当前资源、环境等面临着严峻的考验。尤其是陆地能源日益题显得更加严峻。中国海岸线长 18,000 公里，海域管辖面积约 300当于中国陆地面积的三分之一，且在广阔的海域拥有丰富的资源用海洋资源对中国经济的可持续发展具有重要意义。台是海洋资源勘探开发的主要设备之一，是海上油气勘探，钻井和与陆上结构相比，其结构更复杂，体积更大且更昂贵。同时，海洋、恶劣的工作环境中，并且同时承受平台上工作载荷以及环境载荷受到事故载荷的威胁，如船舶与海洋平台之间的碰撞、坠落物体的等，会造成平台结构的整体变形和局部损伤，从而降低了平台的承结构强度，影响平台结构的安全性[2]。随着海洋工程结构的大规（原油开采，运输和核燃料运输）和高成本，意外载荷所引起的海渐增多，事故造成的危害也将更加严重，不仅会造成人员伤亡和重能造成严重污染，对周围海洋生态造成破坏[3-6]。

解析分析方法,步骤

图 2.1 解析分析方法步骤Fig. 2.1 The steps of analytical method故下典型构件损伤模式与解析方法应用洋工程结构是由各种构件焊接而成的复杂结构物，在受击载荷时，接触区域的绝大部分构件都要进入塑性阶段，式不尽相同且相当复杂。因此，在简化解析法的应用中，载荷下的变形模式进行研究，本部分主要对典型结构在撞些损伤变形模式及解析方法应用进行介绍。损伤机理物事故中，受细长杆件坠落损害是最为常见的破坏模式，杆件。形细长杆件坠落物的杆头直径较小，因此其坠落至板结构
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.38

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