Spar平台扶正过程运动响应和结构强度分析

摘要

中国的石油消费量增长很快,原油对外依存度也逐年增高,掌握先进的深水开采石油技术,提高国内原油产量已成当务之急。Spar是一种十分适合南海海况的深水浮式平台,以优越的运动稳定特性和良好的经济性著称。但Spar平台在生产服役前需要进行一个复杂的扶正过程,其运动形式和承受荷载与服役期间完全不同,需要进行特别的设计验证。本文依托国家科技重大专项“深水平台结构分析技术研究”子课题进行研究,分析了扶正过程的特点,建立了基于向量式有限元的扶正分析方法,编制了Spar平台扶正分析软件,进行了运动响应分析和强度分析,并通过试验对比验证了所提出方法的正确性。本文主要研究成果和结论如下:(1) Spar平台的扶正过程是一个伴随着时间、位移、质量、荷载耦合变化的无约束大变位问题。本文考虑了静水压力,重力,阻尼力,附加水质量等因素对扶正过程的影响,建立了各因素之间的耦合关系及运动信息向荷载转化方法,提出了基于向量式有限元的Spar扶正分析方法。(2)基于所提出的扶正分析方法,进行了实例平台扶正模拟分析,得到了扶正过程中运动信息的变化规律。(3)进行了参数敏感性分析,得到了各因素对扶正过程的影响程度。(4)进行了扶正过程结构强度分析,得到了扶正过程中平台不同构件区域应力变化规律及原因。(5)介绍了扶正模型试验方案,分析了模型试验结果,并通过扶正分析软件模拟了试验平台的扶正过程,验证了所提出方法的正确性。

目录

致谢

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 深水石油开发发展趋势

1.1.2 深水浮式平台Spar分析难点

1.2 研究现状

1.3 本文主要工作

参考文献

第2章 Spar平台扶正分析理论基础

2.1 Spar平台扶正基本过程

2.2 向量式有限元

2.2.1 向量式有限元的引入

2.2.2 向量式有限元的特点

2.2.3 向量式有限元的控制方程

2.2.4 向量式有限元验证算例

2.3 Spar平台扶正分析方法

2.3.1 Spar向量式有限元模型

2.3.2 扶正荷载

2.3.3 迭代控制

2.3.4 运动-荷载信息转化

2.4 小结

参考文献

第3章 Spar平台扶正分析软件开发

3.1 参数设置

3.2 模拟过程

3.3 后处理

3.4 小结

第4章 Spar平台扶正过程运动响应分析

4.1 平台信息

4.2 扶正运动响应分析

4.3 参数敏感性分析

4.3.1 阻尼系数

4.3.2 加载时间

4.3.3 软硬舱质量比

4.3.4 固定压载

4.3.5 附加水质量

4.3.6 敏感性比较

4.4 小结

参考文献

第5章 Spar平台扶正过程结构强度分析

5.1 Spar强度分析模型

5.2 扶正过程强度分析

5.3 硬舱强度分析

5.4 小结

第6章 Spar平台扶正试验对比分析

6.1 试验方案

6.1.1 模型尺寸

6.1.2 模型质量与压载

6.1.3 加载方案

6.2 试验模拟结果对比

6.2.1 试验结果

6.2.2 模拟对比

6.3 小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 主要创新点

7.3 展望

个人简历