冰与直立型及锥型结构的相互作用力分析

摘要

近代工业的发展,离不开能源的供给。以石油为代表的能源在主要工业中依然扮演不可替代的角色。这就需要人们克服大量困难,在以前没有开发的地域寻找石油资源。随着石油开采地域的扩大,冰域中的海洋石油开采成为不可规避的问题,如何保证石油平台在冰域水域中的安全,成为研究者们关注的问题。
　　在一个含有冰层的水域里,采用什么样的结构形状最理想?只有几种基本形状可供选择:直立型结构和锥型结构。这看起来是一个可以利用简单模型和近似计算解决的问题,但考虑的问题还有很多,重点考虑的因素主要包括估算出结构的冰载荷、冰是否可以绕过结构物、操纵性和结构制作成本。如果决定用圆锥体,问题还未结束。还得决定圆锥体的最佳角度。陡峭些的圆锥体结构建造便宜,但太过陡峭的锥型结构,使得冰的弯曲破坏不会发生,就会得到冰的挤压载荷。那么多陡算陡?锥型结构物的朝向向上还是向下?一个向上破冰的圆锥体把冰带出水平面,增加了垂向基础的载荷,这会对结构施加更大的载荷。此外,要保证冰不能爬升的太高,以免侵袭到平台。但随之而来的问题是冰能爬多高?如果选用朝向向下的破冰椎体,冰被压到锥型结构下,浮力可以减少载荷,同时这种方法给平台结构一个向上的力,这是否会影响结构的稳性?还得考虑材料的问题,因为这关系到冰对结构物的摩擦,要维持一个低摩擦,使载荷最小化。
　　本文计算了1种直立型圆柱结构和11种不同角度锥型结构的冰载荷,选取几何角度对冰载荷的影响进行研究,通过数值模拟分析各角度锥面在同样外界条件下所受冰力。
　　介绍了李春华等人所做的冰力模型试验,参照其所做的部分试验数据及理论模型进行对比、验证,得到所受冰力最小的结构角度。
　　出于解决实际问题、便于应用的目的,结合实际情况,提出了单锥体抗冰桩腿装置,这种结构具有一定的抗冰作用,但在无冰期,可能增大原有结构的波浪载荷。本文利用数值模拟计算了圆柱及两种抗冰形状结构的波浪载荷,讨论了这两种结构在无冰期对海洋平台桩腿的影响,提出了选型建议。为了在无冰期避免所添加的结构带来的不利影响,把此结构设计成可拆卸的形式,制成可以拆卸的单锥体抗冰桩腿装置。

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第1章 绪论

1.1本文研究的目的和意义

1.2冰域中结构的设计问题

1.3冰与海洋平台相互作用的种类及力学特性

1.4冰载荷的研究进展及分析方法

1.5本文研究工作的主要内容

第2章 冰与直立型结构的相互作用

2.1影响冰性能的因素

2.2冰与直立型结构的相互作用的冰力计算

2.3应用ABAQUS分析冰与直立型结构的相互作用

2.4本章小结

第3章 冰与锥型结构的相互作用

3.1破坏模式

3.2冰与锥型结构静冰力的分析方法

3.3应用ABAQUS分析冰与锥面相互作用

3.4试验冰力学

3.5本章小结

第4章 结构所受冰力及波浪力对比

4.1数值模型、理论公式和部分试验结果对比

4.2 sesam软件分析两种60°结构所受波浪力及其载荷分析

4.3工艺选型及设计

4.4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