重力式平台受船舶撞击作用的损伤特性及优化

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工业化革命以来,全球的经济发展对石油和天然气有着急剧增长的需求量,陆地资源已经被大量开采,世界上许多先进国家都将重心投向海洋,我国环渤海地区的浅海地带所发现的油田大部分是边际油田,特殊油气田的开发中应该重点研究合适的海上平台类型。本文选取的研究对象是专门适用于边际油田的浅海重力式平台,并从平台抵抗船舶撞击能力的角度进行分析。船舶与海洋工程结构物发生碰撞是很短的时间内结构受到较大的冲击作用而产生的非线性动力响应,过程比较复杂,又可分为几何、材料和接触非线性等。本文在对碰撞动力学的研究现状和力学机理进行总结和介绍的基础之上,引入显式有限元数值仿真法对已设计平台和船舶的不同工况的撞击过程进行模拟,在分析和对比不同工况下的一系列数据之后寻求改进平台的意见。本文的主要内容包括:1.对船-平台碰撞问题的研究现状和主要计算方法进行总结,并分别介绍了不同方法的优缺点,最终选择有限元法作为本文的主要研究手段。2.详细的介绍了有限元法在碰撞领域应用的发展历程和碰撞仿真中涉及到的关键技术和手段,包括接触与摩擦的问题、材料的失效准则等,并简单介绍了本文选用的显式有限元软件DYNA和部分单元的功能。3.用DYNA软件对原设计平台进行建模,模拟平台和不同质量、不同速度的船舶的碰撞过程,得到各种响应数据,尝试解释碰撞过程中出现的一些现象和数据并进行对比分析。4.根据原模型的碰撞结果的分析结论提出不同的改进意见,分为平台结构类型的改进和平台局部构件的尺寸改进,并得到相应的结果后再与原模型进行对比分析,提出合理有效的建议。
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