自升式平台风暴自存状态桩腿动静强度分析

摘要

随着海洋石油事业的发展，海洋活动式钻井平台作为海洋油气勘探和开采的重要装备，得到了广泛的应用。自升式平台是一种海上活动式钻井装备，是目前我国海洋石油勘探中使用最多的一种钻井平台。它由船体、桩腿、升降机构以及一系列的钻井装备所组成。自升式平台作为典型的海洋工程结构物，由于恶劣的工作环境以及本身结构的复杂性，如何对其进行整体结构强度分析，细致而又准确地反映出结构的细节问题是摆在人们面前的一个重大课题，而整体结构的三维力学模型又是分析工作成败的关键。 本文以某一自升式海洋平台为例，研究动静强度分析的三维建模技术，探讨海底土壤对于桩腿约束的处理方法。考虑不同作业水深，建立平台整体结构三维有限元板梁模型，针对平台风暴自存工况，计算出平台位移以及桩腿应力，并对计算结果进行强度校核。同时，建立了平台船体-桩腿系统振动分析的简化模型，计算了平台的前5阶固有频率，取斯托克斯STOKES5阶波浪理论计算波浪载荷，计算了平台波浪作用下的振动响应。探讨了波浪载荷对于自升式平台桩腿动态强度的影响。对于桩腿与船体之间的相互作用以及海底土壤对于桩腿的约束作用，本文也进行了分析讨论。 通过计算分析表明，弦杆强度是平台桩腿的制约因素，土壤弹性模数对于平台自振特性有较大的影响，由于自升式平台紧靠三个或四个桩腿插入海底，随着工作水深的增加，整体刚度较小，自振频率降低，对于波浪的激振较为敏感，即使不发生共振的条件下，结构动力响应也可能很大。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究意义

1.2自升式平台的发展现状及简介

1.3自升式平台结构静态和动态强度分析方法研究进展

1.3.1自升式平台结构静态强度分析方法研究进展

1.3.2自升式平台结构动态强度分析方法研究进展

1.4本文工作

第二章结构有限元静力分析的计算理论

2.1 有限元方法

2.1.1有限元法要点

2.1.2线形有限元法的计算流程

2.2单元的选择

2.2.1 PIPE59单元简介

2.2.2 SHELL63单元简介

第三章结构有限元动力分析方法

3.1结构振动的直接解法

3.2结构振动响应求解的模态叠加法

3.2.1无阻尼强迫振动响应计算

3.2.2有阻尼强迫振动响应计算

3.3瞬态分析法

3.3.1 Newmark时间积分方法

第四章平台静力分析有限元模型的建立

4.1平台简介

4.1.1平台主要技术参数

4.1.2结构尺寸及连接形式

4.1.3桩腿与船体的连接

4.2静力分析有限元模型的建立

4.2.1船体结构有限元模型

4.2.2桩腿有限元模型

4.2.3有限元模型中边界约束的处理

4.3平台整体模型、总体坐标系及采用单位

第五章平台三维静力有限元分析

5.1载荷计算

5.1.1计算状态与环境参数

5.1.2垂向载荷计算

5.1.3风载荷计算

5.1.4波浪、海流载荷计算

5.1.5二次应力计算

5.2静载荷加载

5.2.2环境载荷引起的位移和应力

5.2.3 2次弯矩引起的位移与应力

5.2.4合成应力结果

5.2.5桩腿强度校核结果

第六章平台三维动力有限元分析

6.1平台自振特性分析

6.1.1平台有限元模型的建立

6.1.2平台模态计算结果

6.2平台动力响应计算

第七章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢