非线性载荷作用下自升式平台结构强度评估方法
发布时间：2021-08-08 01:41
自升式平台是海洋油气开发的重要开采工具，其在非线性环境载荷作用下的结构强度评估方法是船舶与海洋工程结构物设计中的关键问题，也是目前业界研究的热点。为了在目前通用准静态强度评估方法中合理考虑环境载荷的非线性并计及平台结构动力效应的影响，本文开展了相关研究工作。海风、海浪、海流是自升式平台工作状态下主要的环境激励载荷。本文对定常与动态风载荷的计算方法进行了探讨，通过风洞模型实验和CFD数值模拟考察自升式平台主要构件空气动力学干扰，对风载荷规范计算值进行修正，并进一步采用Daveport谱对动态风载荷进行数值模拟；基于Airy波和Stokes波理论对非线性波浪载荷以及流载荷进行计算，并根据线性波理论，采用PM双参数谱对随机海浪进行数值模拟，从而得到计及非线性的风、浪、流联合作用下的环境载荷计算方法。本文在对自升式平台进行基于准静态分析的评估方法基础上，应用瞬态响应分析法，对自升式平台在规则波、不规则波以及风浪联合作用下的动力响应进行了分析，提出了一种计及自升式平台动力效应修正的强度评估方法；基于Weibull分布和三维线性势流理论对自升式平台在位工况和迁航工况随机响应进行极值预报，并以此为基...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
空间构件坐标变换示意图
2.2.1 规则波载荷计算对海洋工程进行波浪载荷计算的前提是选择合适的波浪理论，一般根据各波浪理论的适用范围进行选择（图2.2）。以本文目标平台为例，其工作海域波浪周期范围为3~21秒，风暴自存工况下设计波高大于10米，因此确定性分析时选取Stokes5阶波是合适的，而随机性结构分析时则一般采用Airy波理论[13] [94]。图 2.2 波浪理论的适用范围Fig.2.2 The scope of application of wave theory2.2.1.1 线性 Airy 波理论对于线性波浪理论而言，其波形为正弦曲线，由于其线性特点，被广泛用于绕射问题和谱分析研究，其波面方程和速度式可由式(2-8)和(2-9)表达：
则水平方向的速度和加速度表达为下式：xVx φ= ，xxdVadt= (2-线性波浪理论存在一定的局限性，通常只考虑平均湿表面水面以下的水质点运动了计入波峰的影响，通常将水线以上构件坐标定义为正值，但这种处理方式会导致峰处水质点速度和加速度的高估。因此，Wheeler J. D 提出了瞬时波面的 Wheeler，考虑到了平均水位和瞬时自由波面间的作用力，目前业界普遍认可这种处理方式'1zzdζζ =+(2-1式中： z '—— 修正后的垂向坐标z —— 所需计算速度点的垂向坐标d —— 到静水面的水深ζ —— 瞬时波面升高的吃水
【参考文献】：
期刊论文
[1]海上自升式平台动力分析方法研究(英文)[J]. 于昊,李晓宇,杨曙光. Journal of Marine Science and Application. 2012(01)
[2]基于PATRAN环境的自升式平台强度评估程序开发[J]. 于昊,胡安康,李晓宇,任慧龙. 船舶工程. 2012(01)
[3]300ft自升式平台极限工况强度评估[J]. 冯国庆,李晓宇,于昊,杨曙光,李琼玥. 船海工程. 2011(05)
[4]基于PCL的舰船结构强度评估系统开发[J]. 冯国庆,任慧龙,李辉,胡超然,李依阳,刘志慧. 舰船科学技术. 2010(05)
[5]HYSY-981半潜式平台风载荷数值模拟与风洞实验[J]. 朱航,马哲,翟钢军,谢彬,付英军,欧进萍. 船海工程. 2009(05)
[6]脉动风场模拟技术的研究与进展[J]. 张希黔,葛勇,严春风,晏致涛. 地震工程与工程振动. 2008(06)
[7]我国自升式钻井平台的发展与前景[J]. 汪张棠,赵建亭. 中国海洋平台. 2008(04)
[8]大跨度结构随机脉动风场的快速模拟方法[J]. 罗俊杰,韩大建. 工程力学. 2008(03)
[9]小波分析在空间随机风场模拟中的应用[J]. 徐闻,叶继红,单建. 振动与冲击. 2008(02)
[10]基于特征正交分解的桥梁风场模拟[J]. 胡亮,李黎,樊剑. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2008(01)
博士论文
[1]半潜式平台运动性能与活动垂荡板减振系统研究[D]. 朱航.哈尔滨工业大学 2011
[2]船舶结构疲劳强度评估方法研究[D]. 冯国庆.哈尔滨工程大学 2006
[3]高耸结构风振响应和风振疲劳研究[D]. 王世村.浙江大学 2005
硕士论文
[1]自升式平台疲劳计算方法研究[D]. 胡雅梅.哈尔滨工程大学 2011
[2]自升式平台强度评估若干问题研究[D]. 杨曙光.哈尔滨工程大学 2011
[3]小水线面双体船结构疲劳评估方法研究[D]. 甄春博.哈尔滨工程大学 2009
[4]基于小波分析的风场模拟及大型储罐风致屈曲初步研究[D]. 马昌恒.大庆石油学院 2007
[5]极端海况锦州JZ20-2平台的风险评估[D]. 孙希兴.中国海洋大学 2005
[6]自升式海洋平台结构动力响应分析[D]. 陆浩华.武汉理工大学 2005
[7]导管架平台结构动力特性与动力可靠性分析[D]. 黄怀州.大连理工大学 2004
[8]自升式平台桩腿的受力分析[D]. 刘英杰.哈尔滨工程大学 2004
[9]海洋平台结构中K型管节点疲劳强度分析[D]. 梁园华.大连理工大学 2002
本文编号：3328955
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
空间构件坐标变换示意图
2.2.1 规则波载荷计算对海洋工程进行波浪载荷计算的前提是选择合适的波浪理论，一般根据各波浪理论的适用范围进行选择（图2.2）。以本文目标平台为例，其工作海域波浪周期范围为3~21秒，风暴自存工况下设计波高大于10米，因此确定性分析时选取Stokes5阶波是合适的，而随机性结构分析时则一般采用Airy波理论[13] [94]。图 2.2 波浪理论的适用范围Fig.2.2 The scope of application of wave theory2.2.1.1 线性 Airy 波理论对于线性波浪理论而言，其波形为正弦曲线，由于其线性特点，被广泛用于绕射问题和谱分析研究，其波面方程和速度式可由式(2-8)和(2-9)表达：
则水平方向的速度和加速度表达为下式：xVx φ= ，xxdVadt= (2-线性波浪理论存在一定的局限性，通常只考虑平均湿表面水面以下的水质点运动了计入波峰的影响，通常将水线以上构件坐标定义为正值，但这种处理方式会导致峰处水质点速度和加速度的高估。因此，Wheeler J. D 提出了瞬时波面的 Wheeler，考虑到了平均水位和瞬时自由波面间的作用力，目前业界普遍认可这种处理方式'1zzdζζ =+(2-1式中： z '—— 修正后的垂向坐标z —— 所需计算速度点的垂向坐标d —— 到静水面的水深ζ —— 瞬时波面升高的吃水
【参考文献】：
期刊论文
[1]海上自升式平台动力分析方法研究(英文)[J]. 于昊,李晓宇,杨曙光. Journal of Marine Science and Application. 2012(01)
[2]基于PATRAN环境的自升式平台强度评估程序开发[J]. 于昊,胡安康,李晓宇,任慧龙. 船舶工程. 2012(01)
[3]300ft自升式平台极限工况强度评估[J]. 冯国庆,李晓宇,于昊,杨曙光,李琼玥. 船海工程. 2011(05)
[4]基于PCL的舰船结构强度评估系统开发[J]. 冯国庆,任慧龙,李辉,胡超然,李依阳,刘志慧. 舰船科学技术. 2010(05)
[5]HYSY-981半潜式平台风载荷数值模拟与风洞实验[J]. 朱航,马哲,翟钢军,谢彬,付英军,欧进萍. 船海工程. 2009(05)
[6]脉动风场模拟技术的研究与进展[J]. 张希黔,葛勇,严春风,晏致涛. 地震工程与工程振动. 2008(06)
[7]我国自升式钻井平台的发展与前景[J]. 汪张棠,赵建亭. 中国海洋平台. 2008(04)
[8]大跨度结构随机脉动风场的快速模拟方法[J]. 罗俊杰,韩大建. 工程力学. 2008(03)
[9]小波分析在空间随机风场模拟中的应用[J]. 徐闻,叶继红,单建. 振动与冲击. 2008(02)
[10]基于特征正交分解的桥梁风场模拟[J]. 胡亮,李黎,樊剑. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2008(01)
博士论文
[1]半潜式平台运动性能与活动垂荡板减振系统研究[D]. 朱航.哈尔滨工业大学 2011
[2]船舶结构疲劳强度评估方法研究[D]. 冯国庆.哈尔滨工程大学 2006
[3]高耸结构风振响应和风振疲劳研究[D]. 王世村.浙江大学 2005
硕士论文
[1]自升式平台疲劳计算方法研究[D]. 胡雅梅.哈尔滨工程大学 2011
[2]自升式平台强度评估若干问题研究[D]. 杨曙光.哈尔滨工程大学 2011
[3]小水线面双体船结构疲劳评估方法研究[D]. 甄春博.哈尔滨工程大学 2009
[4]基于小波分析的风场模拟及大型储罐风致屈曲初步研究[D]. 马昌恒.大庆石油学院 2007
[5]极端海况锦州JZ20-2平台的风险评估[D]. 孙希兴.中国海洋大学 2005
[6]自升式海洋平台结构动力响应分析[D]. 陆浩华.武汉理工大学 2005
[7]导管架平台结构动力特性与动力可靠性分析[D]. 黄怀州.大连理工大学 2004
[8]自升式平台桩腿的受力分析[D]. 刘英杰.哈尔滨工程大学 2004
[9]海洋平台结构中K型管节点疲劳强度分析[D]. 梁园华.大连理工大学 2002
本文编号：3328955
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