超大型浮式结构物动力响应与风险评估研究

摘要

地球上海洋的面积超过70％以上。随着地球人口的爆发式增长和工业的发展,需要消耗大量的资源和开发空间,地球陆地上的所有资源和空间已基本被开发并消耗殆尽,人类急需要依靠开发海洋来满足人类对空间和资源的需求。对海洋油气资源、海洋空间和海底矿产的开发将成为日后世界各国竞争的焦点。日本对海洋空间的开发研究处于世界前列,已经建造了海上浮式石油储备基地并对海上机场进行了海上实验研究。目前在开发海洋空间领域的研究方面,超大型浮式结构物的研究是海洋工程界的热点之一。超大型浮式结构物可以用作海上城市、海上机场、浮式港口、军用海上移动基地等[1]。相信在不久的将来超大型浮式结构物将不再是设想。
　　海上移动基地(Mobile Off shore Base,MOB)是一座由一系列半潜式模块组成的超大型海上浮式结构物。在目前MOB的概念设计中,连接器由于承受巨大的载荷因而成为设计中的重点难题。精确计算连接器的动力特性已成为整个系统设计中的关键。本文的研究成果对连接器以及锚链的初步设计具有一定的参考价值。
　　本文利用RMFC刚性模块柔性连接器模型,基于势流理论对半潜式海上移动基地进行三维水动力分析。本文详细描述了刚性模块柔性连接器模型的数学计算方法,在深入理解数学计算方法的前提下,利用matlab编制计算程序。利用SESAM软件中GeniE模块建立超大型浮体Panel模型,导入到HydroD中。分别以3、5、7个模块MOB模型为对象计算了8个浪向角和46个频率规则波下的各个浮体水动力系数和波浪载荷,并提取频域下的水动力系数。导入程序计算了超大型浮式结构各个模块在规则波和不规则波浪中的运动响应和连接载荷动力响应。
　　本文分析了考虑浮体间相互影响和不考虑浮体间相互影响两种不同计算方法、不同连接器刚度和不同浪向、不同海况下超大型浮式结构模块运动和连接器动力响应,并重点论述了不同模块个数对连接器载荷的影响,验证了以上各种因素对连接器具有比较显著的影响。
　　本文根据载荷时间历程,利用S-N曲线和Miner线性损伤理论计算了一种刚性连接器的疲劳寿命和和疲劳可靠性,最后计算出疲劳失效概率。
　　最后对超大型浮式结构物进行基于船舶碰撞和连接器疲劳失效的风险评估研究。按照风险评估的一般流程,即风险识别、风险频率和风险后果分析、风险评价对MOB进行风险评估研究,并提出降低事故发生频率和减小事故破坏后果的措施。利用船舶碰撞概率数学模型计算MOB碰撞概率,分析了MOB连接器的主要失效事件,计算了事故发生的概率和失效后引起的个人风险和社会风险值,得出的风险值位于ALARP(最低合理可行性)区内。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 本课题国内、外研究现状与发展趋势

1.3 本文研究内容和研究方法

第二章 多浮体在波浪中的运动理论

2.1 概述

2.2 随机波浪理论

2.3 运动理论

2.4 流体对浮体的作用力

2.5静水回复力

2.7 刚性模块柔性连接器模型计算方法

2.8 短期预报理论

2.9 本章小结

第三章 半潜式海上移动基地动力特性分析

3.1概述

3.2平台概况

3.3水动力模型

3.4 考虑浮体间水动力相互作用对连接器载荷的影响

3.5 不同连接器刚度、浪向角、海况对连接器动力响应的影响

3.6模块数量对半潜式海上移动基地动力响应的影响

3.7 本章小结

第四章 连接器疲劳可靠性分析

4.1 概述

4.2 S-N曲线与疲劳寿命计算

4.3 MOB连接器疲劳寿命计算

4.4 连接器疲劳可靠性分析

4.5 本章小结

第五章 基于船平台碰撞与连接器疲劳失效的MOB风险评估

5.1 概述

5.2 风险评估基本概念

5.3 碰撞风险评估

5.4 连接器疲劳失效风险评估

5 .5风险控制措施研究

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要研究工作及结论

6.2 不足之处及进一步研究的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢