自升式海洋平台桩腿结构碰撞比例模型研究

摘要

海洋平台作为海洋能源勘探开发的主要组成部分,是海洋油气探井、钻井、开采的主要作业基地,然而船舶碰撞致使平台结构损伤破坏一直是威胁海洋平台安全的主要因素之一.开展海洋平台碰撞性能研究,揭示平台结构在碰撞过程中的损伤变形机理,对更好的开展平台耐撞结构设计具有重要意义.评估平台结构耐撞性能最可靠的方法是实船碰撞试验,然而因其耗资巨大而不易开展,使得按一定相似关系进行比例模型试验成为现实条件下的首选.本文基于相似第二定理,运用量纲分析法推导船舶-自升式海洋平台碰撞过程中各物理量的相似关系,为平台碰撞模型试验的开展及试验参数的确定提供重要依据.结合有限元仿真技术,以平台典型的直管和K型管节点结构为研究对象,建立不同缩尺比下的简化碰撞模型,比较验证相似理论的可靠性.研究结果表明,缩尺模型在碰撞冲击载荷下的结构损伤变形、碰撞力和能量吸收等动态响应与实尺度模型结果一致性较好.本文研究成果可以为大型平台结构碰撞模型试验设计提供技术支撑.