自升式平台桩腿桩靴结构安全识别模型研究

摘要

自升式平台是海洋石油开发中被广泛应用的一种平台，其桩腿和桩靴为结构的主要承载构件，易发生损伤、冲刷和承载力下降等现象，这些都会影响平台的安全度和耐久度。因此，及时、准确地获得自升式平台桩腿桩靴结构的损伤、冲刷及承载力信息至关重要，建立相关安全识别模型有着重要的理论意义和良好的工程应用价值。
　　 本文以自升式平台桩腿桩靴为研究对象，利用有限元软件ANSYS，建立自升式平台与土体的整体有限元模型，分析不同状态下结构应力场变化规律，并结合神经网络算法，研究桩腿桩靴应力热点位置、应力场变损伤识别方法、桩腿桩靴冲刷状态识别模型和承载力状态识别模型，为自升式平台的安全评估提供依据。具体研究工作和成果如下:
　　 (1)建立了自升式平台与土体的整体有限元模型，能够较为准确地反映桩腿桩靴与土体的相互作用情况，保证计算结果的准确性;
　　 (2)通过分析自升式平台桩腿桩靴在自存、作业和拖航工况下的应力场分布情况，得到桩腿桩靴应力热点位置，并在这些应力热点位置处设置损伤，对比分析损伤前后应力场情况，发现损伤区域的应力场曲线发生突变，说明通过对比分析桩腿桩靴结构损伤前后应力场的变化，可以判断损伤的具体位置，本文提出的应力场变损伤识别方法是可靠的、可行的;
　　 (3)通过有限元分析及BP神经网络算法，得到可以通过桩腿桩靴结构应力场的变化来判断冲刷深度，进而得到自升式平台桩腿桩靴冲刷状态识别模型，且识别冲刷深度的误差均在样本实际冲刷深度的10％以内，说明该模型可为冲刷状态的识别提供有益的参考;
　　 (4)通过有限元分析及BP神经网络算法，建立自升式平台桩腿桩靴承载力状态识别模型，该模型可用来判断承载力的变化情况;当平台一个桩的承载力发生变化时，其他各桩的承载力会随之发生变化，且平台对角线上两个桩的承载力变化趋势相同;
　　 (5)通过VisualStudio编译自安装试采平台智能识别模型的操作界面，使得自升式平台桩腿桩靴冲刷状态和承载力状态识别过程更加清晰且操作简单易行。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 自升式平台桩腿桩靴结构强度研究

1．2．2 海洋平台结构损伤识别方法研究

1．2．3 桩基冲刷研究

1．2．4 桩腿桩靴承载力研究

1．3 主要研究内容和技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 自升式平台桩腿桩靴结构应力场分布研究

2．1 有限元模型的建立

2．1．1 平台概况

2．1．2 海洋环境条件

2．1．3 物性参数的选取

2．1．4 单元类型选择和网格划分

2．1．5 边界条件的确定

2．1．6 求解的控制

2．2 载荷的确定

2．2．1 自存和作业工况

2．2．2 拖航工况

2．3 应力场分布研究

2．3．1 自存和作业工况计算结果分析

2．3．2 拖航工况计算结果分析

2．3．3 应力热点位置分析

2．4 模型求解注意问题

2．5 本章小结

第3章 桩腿桩靴结构损伤识别研究

3．1 工程中常见的损伤

3．2 损伤识别模型的提出

3．2．1 损伤位置的选择

3．2．2 损伤前后应力场对比分析

3．2．3 应用应力场变法识别损伤

3．3 本章小结

第4章 桩腿桩靴冲刷状态识别模型研究

4．1 桩腿桩靴冲刷状态数值模拟

4．1．1 冲刷深度计算

4．1．2 冲刷状态数值模拟

4．2 冲刷状态识别模型的构建

4．2．1 模型计算步骤

4．2．2 模型参数的选取

4．3 桩腿桩靴冲刷状态识别模型的训练和验算

4．3．1 模型训练

4．3．2 模型验证

4．4 本章小结

第5章 桩腿桩靴承载力状态识别模型研究

5．1 模型参数的选择

5．2 承载力状态识别模型算例

5．3 平台各桩承载力关系

5．3．1 各桩竖向承载力关系分析

5．3．2 承载力与结构应力关系分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目