超强台风下固定式平台极限承载能力分析

摘要

台风是自然灾害中破坏力最强的种类之一，已对我国南海石油作业安全构成严重威胁，尤其是对导管架固定式海洋平台产生了极大影响。强台风的袭击会使平台遭受不同程度的损伤，甚至摧毁。导管架平台是海洋石油开发的基础性设备，体积巨大、结构复杂、造价昂贵、日费用高，为了保证平台作业的安全性和经济性，准确模拟台风压迫下平台上部组块风载荷并对平台进行极限承载能力分析显得十分重要。
　　 首先，本文采用计算流体动力学方法(CFD)，对不同风向角工况下的平台周围风场进行了三维数值模拟，求得流场压力与流场速度分布图，以及平台整体和各组块的风载荷；其次，考虑海底土壤与平台桩腿的非线性耦合作用，利用ANSYS建立平台精细化有限元模拟，对平台结构进行静态非线性分析，计算平台在遭遇100年一遇环境载荷作用下的最大等效应力与变形，确定平台最容易屈服失效的位置。同时考虑波浪载荷动态响应对平台进行瞬态动力学分析，得到平台位移、速度、加速度和应力时程响应曲线，并将响应最大值与静力分析最大值结果进行比较；最后，在风载荷数值模拟和静动力分析的基础之上，基于ANSYS软件和静力弹塑性分析法(Static Pushover Analysis)，提出一种平台在同时承受风、波、流载荷情况下的极限承载能力分析方法，并分别建立构件碰弯、构件缺失、平台腐蚀、海生物附着和桩基冲刷等不同损伤类型的平台有限元模型，对其进行极限承载能力分析。通过比较损伤平台与完好平台的强度储备系数，分析各种损伤类型对平台极限承载能力的影响。本文研究成果为平台结构受力设计、整体布局规划设计、结构强度校核、极限承载能力分析以及安全性评估提供理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究工作

第2章 南海固定式平台极限承载能力分析基础

2.1台风引起的平台损伤模式

2.2极限承载能力分析理论基础

2.3本章小结

第3章 台风下导管架固定式平台风载荷数值模拟

3.1 CFD数值模拟方法

3.2 FLUENT在风载荷数值模拟中的应用

3.3风载荷三维数值模拟

3.4本章小结

第4章台风下导管架固定式平台静动力分析

4.1 ANSYS在平台静动力分析中的应用

4.2平台模型与载荷工况

4.3平台静力分析

4.4平台动力分析

4.5本章小结

第5章 台风下导管架固定式平台极限承载能力分析

5.1极限承载能力分析方法

5.2完好平台极限承载能力分析

5.3受损平台极限承载能力分析

5.4平台储备强度系数

5.5本章小结

第6章结论与展望

6.1主要结论

6.2主要创新点

6.3今后研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢