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老龄自升式平台结构强度及疲劳分析

作　者: 李立业
导　师: 唐友刚
学　校: 天津大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 老龄自升式平台 强度评估 自振特性 疲劳损伤 谱分析
分类号: P752
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 83次
引　用: 1次
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内容摘要


目前我国海洋钻井平台大多数服役年限都比较长,有些平台已经达到或超过其设计寿命,正在步入后服役期。这些平台长期在恶劣环境中作业,不可避免地产生各种腐蚀、变形、裂纹和损伤,甚至造成结构破坏,从而降低了平台的工作能力,甚至影响平台的作业安全,因此对老龄平台进行结构强度安全校核是十分必要的。此外,平台会受到波浪的循环作用,在桩腿结构上会产生循环变化的交变应力。虽然应力水平远低于材料的屈服强度,但是在长期的交变应力作用下,桩腿有可能产生突然性的疲劳破坏。因此对平台桩腿结构进行疲劳分析也有着重要的意义。本文根据美国近海委员会制定的“GUIDELINES FOR SITE SPECIFIC ASSE -SSMENT OF MOBILE JACK-UP UNITS”,展开某移动式钻井平台的强度与疲劳分析。依据有限元方法,考虑平台钻井和风暴自存工况,建立某自升式平台空间整体板梁组合结构有限元模型。综合考虑风浪流等载荷的不同组合,计算平台不同工况下的应力分布,根据规范要求校核平台主船体结构及桩腿的强度。考虑钻井作业工况,进行平台模态分析和疲劳分析,确定模态分析得出平台自振特性。考虑平台的动力放大效应和应力集中影响,采用谱分析法,计算由波浪引起的循环载荷作用下平台桩腿结构的累积损伤,进行寿命评估。研究表明,槽口区和弦杆强度是平台强度的制约因素,平台易与波浪低频成分发生共振。疲劳寿命分析结果表明,受波浪影响,桩腿飞溅区、导向装置连接区域管节点的疲劳损伤最大,疲劳寿命最短,对这些部位的管节点强度应足够重视。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-14
  1.1 概述  7
  1.2 自升式平台结构及特点  7-11
    1.2.1 上层平台结构  8-9
    1.2.2 桩腿结构  9-10
    1.2.3 固桩结构  10-11
  1.3 海洋平台结构研究动态  11-12
  1.4 课题背景与内容  12-14
第二章 结构有限元及疲劳分析基本原理  14-31
  2.1 有限元静力分析基本原理  14-18
    2.1.1 有限元方法简介  14-15
    2.1.2 ANSYS 单元特性  15-18
  2.2 模态分析基本原理  18-21
    2.2.1 有限元模态分析基本原理  18-19
    2.2.2 模态分析所需条件  19-20
    2.2.3 模态提取方法  20-21
  2.3 疲劳分析基本原理  21-31
    2.3.1 疲劳分析基本概念  21-23
    2.3.2 影响疲劳寿命的因素  23-24
    2.3.3 海洋平台疲劳分析相关理论  24-26
    2.3.4 海洋平台疲劳寿命估算方法  26-31
第三章 平台有限元模型建立  31-41
  3.1 概述  31
  3.2 平台概况  31-34
    3.2.1 平台结构形式  31-33
    3.2.2 平台主尺度  33-34
  3.3 有限元模型的建立  34-38
    3.3.1 平台整体坐标系  34
    3.3.2 简化处理  34-38
  3.4 结构有限元模型  38-41
    3.4.1 平台实际照片与有限元模型  38
    3.4.2 船体及上部结构  38-39
    3.4.3 船体甲板、舷侧以及其它主要结构  39
    3.4.4 桩腿有限元模型  39-41
第四章 平台结构强度分析  41-62
  4.1 工作载荷  41-42
  4.2 环境载荷  42-48
    4.2.1 风载荷计算  43-45
    4.2.2 波流载荷计算  45-48
  4.3 二次弯矩计算  48-50
  4.4 应力及位移计算结果  50-56
    4.4.1 工作载荷和环境载荷引起的应力计算  50-52
    4.4.2 二次弯矩施加及合成应力结果  52-56
  4.5 强度校核  56-59
    4.5.1 杆件强度校核  56-58
    4.5.2 板材强度校核  58-59
  4.6 平台模态分析  59-62
    4.6.1 模态分析模型的建立  59
    4.6.2 模态分析结果  59-62
第五章 桩腿疲劳寿命分析  62-71
  5.1 平台模型  62-63
  5.2 S? N 曲线选择  63-64
  5.3 采用“谱分析”法的疲劳分析  64-71
    5.3.1 海况长期统计特性  64-66
    5.3.2 桩腿弦杆疲劳分析  66-68
    5.3.3 桩腿撑杆疲劳分析  68-71
第六章 结论  71-72
参考文献  72-74
发表论文和科研情况说明  74-75
致谢  75

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 海洋学 > 海洋工程 > 海上工程
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