水下软刚臂单点系泊结构安全评估

摘要

随着人类对能源需求的不断增加，世界各国争相开发海洋资源，因此人们对海洋工程结构安全的重视程度不断提高。水下软刚臂单点系泊系统是近年来新开发的技术，已应用于中国渤海海域的油田。在结构件制造、海上安装和服役期的使用、操作和维护方面，国内具有一定的能力和经验，但对于关键设备尚处于研发甚至空白状态。为保障单点系泊结构以及浮式生产储油轮的安全运行，就单点系泊系统进行结构安全评估对未来的研发与设计具有重要意义。
　　本文以“海洋石油112”FPSO水下软刚臂单点系泊系统为研究对象，根据其服役情况对系泊结构受到的风、浪、流和冰载荷进行分析，并基于三维频域势流理论计算FPSO的水动力性能，论述FPSO运动响应以及系泊载荷对于提高单点系泊结构安全评估精度的重要性。运用ANSYS有限元软件对水下软刚臂单点系泊结构进行整体模型建立，并结合三种典型受力情况下的极限工况对结构强度进行校核，对结构应力集中进行分析。对单点系泊结构进行模态分析以及谐响应分析，分析系泊结构在各阶频率下的自振特性以及动力响应特性，讨论结构振动对系泊系统安全运行所带来的影响。
　　水下软刚臂是连接单点系泊系统与FPSO的主要结构，针对连接件疲劳断裂问题，进行疲劳性能分析。基于S-N曲线和Miner线性累积损伤理论，结合Yoke Link所受交变载荷，对系泊系统的连接件进行研究，探讨影响结构疲劳破坏的关键因素。
　　针对水下软刚臂系泊系统在服役期间出现的问题以及近年来系泊结构发生的失效事故，本文对“海洋石油112”单点系泊结构展开现场调研与分析评估工作，并得到FPSO以及水下软刚臂的实时姿态、应变响应信息以及系泊结构的振动响应信息等，分析并评估振动加速度响应对结构以及工作人员的影响。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1论文研究的背景、目的及意义

1.2 FPSO及系泊系统的发展

1.3国内外关键技术研究现状

1.4本文主要内容

第2章 单点系泊环境载荷分析

2.1风载荷计算

2.2流载荷计算

2.3波浪载荷计算

2.4冰载荷计算

2.5本章小结

第3章 软刚臂单点结构系泊力分析

3.1 FPSO单点系泊系统概述

3.2水动力分析理论

3.3 FPSO水动力数值计算

3.4疲劳载荷分析

3.5本章小结

第4章 单点系泊结构强度分析

4.1系泊结构概述

4.2有限元基本理论

4.3建立有限元模型

4.4结构强度分析

4.5本章小结

第5章 单点系泊结构动力分析

5.1引言

5.2理论分析基础

5.3结构动力分析

5.4本章小结

第6章 FPSO单点系泊现场调研

6.1现场调研分析

6.2监测系统概述

6.3系泊结构随机振动响应分析

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录A