基于响应面方法的Spar平台可靠性分析

摘要

在深海油气开发中，相比于其他海洋石油平台，Spar平台的运动性能更好，经济效益更高，随着世界能源需求的进一步扩大，Spar平台在深海油气开发中也越来越受欢迎。在深海环境中，作业条件恶劣，同时又具有随机性，因此把握服役期间内Spar平台的失效概率具有重要的意义。本论文利用ANSYS强大的有限元计算功能，并结合响应面方法运用MATLAB编制相应的程序，对Spar平台不同失效模式下的可靠度进行模拟计算，为Spar平台的安全评定提供了技术参考。
　　首先，介绍了主要的深海平台浮式结构，并分析对比了深海平台的主要优缺点，同时归纳了世界范围内浮式平台重大事故;介绍了Spar平台的发展历程，并分别阐述了三代Spar平台的局限性和优越性，本文所研究的平台为第二代Truss Spar平台;介绍了国内外有关海洋平台可靠度的研究现状，强调了对Spar平台可靠性研究的重要性。
　　其次，分析比较了中心点方法、验算点方法、蒙特卡洛方法和响应面方法的优点和不足，针对本文所研究的大型复杂的Spar平台结构，最终确定通过ANSYS对展开点坐标进行相关计算，初步拟合响应面方程，再利用MATLAB编制相应的响应面程序，通过迭代计算，从而求出满足工程精度要求的可靠指标，并给出了Spar平台可靠度分析的流程图。
　　接着，对风、浪、流等环境荷载进行不确定性分析，并给出了概率模型统计参数;Spar平台结构功能要求和可能的失效特征，考虑了结构整体控制截面弯曲强度超过材料强度、平台平动位移超过结构规定许用位移、平台倾角超过平台稳性规定的许用倾角三种主要失效模式，分别建立功能函数，并计算确定相应失效模式下平台的响应面方程和可靠度指标。
　　最后，考虑锚链腐蚀对Spar平台结构可靠度的影响，分别计算了平台服役5年、10年、15年和20年时间锚链腐蚀后平台的可靠度，总结了可靠指标变化规律，发现考虑锚链腐蚀对可靠度的影响较小，并对原因进行了解释分析。
　　本论文的研究对Spar平台的设计提供了可靠度校核方面的支持，并对在役平台在极端海况下的安全评估提供了参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 Spar平台概况及其发展历程

1．2．1 Spar平台简介

1．2．2 Spar平台的发展历程

1．3 Spar平台在中国南海的应用前景

1．4 海洋平台可靠性分析研究

1．4．1 海洋平台结构可靠度研究的起源

1．4．2 国内外海洋平台结构可靠度研究现状

1．5 本文研究内容

2 Spar平台结构可靠性分析方法

2．1 引言

2．2 结构可靠性分析方法

2．2．1 中心点法

2．2．2 验算点法

2．2．3 蒙特卡洛法

2．2．4 响应面方法

2．3 基于ANSYS和MATLAB的可靠性指标计算方法

2．4 Spar平台可靠性分析方法及流程

2．5 本章小结

3 Spar平台结构可靠性分析

3．1 引言

3．2 Spar平台结构基本信息

3．2．1 Spar平台结构模型

3．2．2 Spar平台结构荷载及其统计特征

3．2．3 Spar平台结构抗力确定

3．3 Spar平台结构功能函数与结构响应

3．3．1 Spar平台结构功能函数

3．3．2 Spar平台水动力模型和运动响应

3．4 Spar平台结构可靠度分析

3．4．1 控制截面和设计波参数

3．4．2 荷载概率模型统计参数

3．4．3 可靠指标计算

3．5 本章小结

4 锚缆腐蚀对Spar平台结构可靠度的影响

4．1 引言

4．2 锚缆腐蚀速率模型

4．2．1 腐蚀速率影响因素

4．2．2 腐蚀速率模型

4．2．3 均匀腐蚀概率模型

4．2．4 腐蚀量的计算

4．3 Spar平台结构功能函数与结构响应

4．3．1 腐蚀对Spar平台锚缆参数的影响

4．3．2 不同服役年限Spar平台可靠度的计算

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢