深水钻井平台碰撞机理分析及结构耐撞性研究

发布时间：2020-07-11 20:13

【摘要】：深水钻井平台作为海洋油气资源开发的基础性设施,长期处于复杂恶劣的海洋环境,由于航行过失或船舶停靠平台时风、浪、流的作用,难免会遭遇船舶碰撞这类偶然性事故,其所造成的损失往往是灾难性的。因此,研究和评估深水钻井平台的耐撞性能都具有重要现实意义,即在平台结构设计阶段就应将碰撞事故考虑在内以提高其耐撞性能,从而最大化的减缓这些事故所带来的结构损伤、经济损失及环境破坏等不利后果。本文首先对碰撞事故分析基本理论包括规范法分析方法、碰撞内外部分析基本理论及非线性有限元分析法关键技术进行消化吸收,然后采用非线性有限元分析法、外部动力学分析简化解析法以及内部动力学简化分析法对碰撞内外部机理进行分析,研究分析了深水钻井平台遭遇船舶碰撞后的碰撞特性、碰撞耗散能及结构塑性变形吸能等与结构耐撞性能相关的一般规律,在此基础上,提出适用性较广的结构耐撞性能评估流程,为预估涉撞结构耐撞性能和设计耐撞结构提供参考。具体研究工作如下:(1)对船舶碰撞事故下结构损伤分析的主要研究现状和事故分析基本理论进行消化吸收,并对规范/法规关于船-平台碰撞的事故分析方法和相关规定、碰撞内外部机理分析理论和非线性有限元分析关键技术进行重点分析;(2)研究了光板和加筋板在数值分析时有限元网格尺寸与失效应变之间的关系,并与相应准静态穿透试验进行对比论证,为船-平台碰撞数值仿真分析确定网格尺寸和失效应变取值提供参考,在此基础上,基于规范确定船-平台主要碰撞参数,完成供应船和深水钻井平台有限元建模及结构材料参数确定等工作;(3)应用非线性有限元分析方法,研究了深水钻井平台在遭遇碰撞事故后立柱结构的损伤特性,在此基础上,对不同撞击速度、撞击位置和撞击角度等碰撞参数下平台立柱结构动态响应进行了对比分析。此外,基于强度折中设计准则,对弹塑性供应船船艉碰撞平台立柱事故场景进行了碰撞数值仿真分析;(4)基于碰撞外部动力学理论和DNV规范计算法,提出了一种新的耗散能估算方法—DNV`R解析法,该方法弥补了DNV规范法较为保守且仅适用于对心碰撞场景的不足,与此同时,将现有基于船-船碰撞提出的Zhang解析法和Liu解析法进行分析,并编制撞击船耗散能的计算程序,将其成功应用到船-平台碰撞场景中。最后以相应的碰撞仿真分析结果为参考,对各简化解析法进行算例对比分析,验证其计算结果有效性和准确性;(5)以较危险的供应船船艏与平台立柱碰撞场景为研究对象,基于塑性设计准则,运用内部动力学简化分析法对平台立柱结构损伤及其耐撞性进行分析,将船艏以刚性球形撞头代替,分别对三个典型碰撞位置进行应用分析,并与相应碰撞位置的数值计算结果进行对比分析,验证简化分析法应用于预报受撞立柱结构吸能的准确性;(6)针对涉撞结构提出适用性较广的结构耐撞性能评估流程,并对该流程主要步骤、耐撞性能评估标准及碰撞体耗散能和涉撞结构应变吸能计算方法进行阐述。在此基础上,针对船-平台碰撞事故给出两个涉撞结构耐撞性能的评估实例,并与相应较接近真实碰撞场景的数值仿真结果进行了对比分析。本文研究内容对于船-平台碰撞过程中涉撞结构耐撞性能的快速评估及开展耐撞性结构设计研究具有一定指导意义。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.381

【参考文献】