导管架海洋平台结构安全评估及优化设计

发布时间：2020-08-27 15:50

【摘要】：随着海洋油气资源的不断开采,服役的海洋平台的数量也在逐年递增。由于海洋平台服役环境特殊,国内外海洋平台的事故累有发生,带来的巨大的经济损失,因此对海洋平台全寿命周期的适用性及结构改进设计的研究具有重要的工程意义。通过建立结构完整性管理系统,实现对平台服役全寿命周期的动态监测及评估是被认为目前保证平台安全运行的有效方法。本文在国内外海洋工程设计规范以及有限元软件的基础上,通过对平台数据分析、安全评估以及检验技术的研究,设计了针对钢制导管架海洋平台的结构完整性管理系统的界面,在此基础上进一步对南海和东海两个海洋平台进行了确定性评估和可靠性风险评估,最后,考虑导管架平台结构的可靠性标准,建立了海洋平台结构优化模型,并基于代理模型的优化理论完成了优化求解,优化结果可为海洋平台结构的改造提供理论依据。本文主要内容如下:首先,设计了导管架海洋平台结构完整性管理系统界面。在海洋工程结构分析软件SACS以及国内外海工结构规范的基础上,通过对完整性的四个要素:数据、评估、检验、实施的研究,设计了完整性管理系统四个模块的人工交互界面,各个模块之间相互关联,实现了数据的不断更新、平台的动态评估以及针对性的检测。在界面软件开发人员的协助下,完成了导管架海洋平台结构完整性管理系统界面的开发工作,同时通过数据库和有限元模型的联动,方便了用户对平台的管理工作。然后,对导管架海洋平台结构安全可靠性分析和风险评估。对平台完整性管理的核心评估部分,本文介绍了基于SACS软件的确定性评估技术,包括静力、疲劳评估及倒塌评估的分析原理和流程。考虑到海洋平台环境载荷的随机性,根据可靠性分析理论,参考海洋平台构件安全评估标准,构建极限状态方程,结合国内外对海洋环境荷载以及结构抗力的统计规律,确定状态方程中的随机变量的分布函数,对海洋平台构件进行了可靠性分析。通过引入风险概念,建立构件评估的风险矩阵,对导管架平台的构件进行了风险评估。分别以南海和北海两个平台为例,说明了上述评估方法的可行性和合理性。最后,基于平台可靠性评估标准的导管架海洋平台结构优化设计。基于Kriging代理模型构造平台评估标准与构件尺寸之间的响应函数,在满足海洋平台评估标准的约束条件下,极小化平台重量,建立了海洋平台结构的尺寸优化设计模型,并采用模拟退火算法进行序列优化求解,得到了平台安全评估范围内的最优设计,为老龄海洋平台的改造提供了理论依据。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE95

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本文编号：2806299