随着陆地油气资源的不断开采而日益减少,人类社会对海上油气资源的开采越来越关注,不同于陆地资源开发,由于海洋资源开发受到海上作业环境的限制,必需建造专用的海洋工作平台。自升式钻井平台由于其具有操作灵活、定位能力强、适应水域广和可重复使用等优点,在海洋油气资源钻探开发中得到了广泛的应用。悬臂梁式自升式平台是现在自升式钻井平台的主流型式,悬臂梁结构作为钻井作业过程中的主要承载平台,其能够有效提升平台作业能力和范围,大大提高了作业效率。因此,对自升式钻井平台悬臂梁结构进行数值分析研究,为我国海洋石油装备的设计及建造提供了技术建议和工程参考。本文以国内某船厂建造的350ft自升式钻井平台悬臂梁结构为研究对象,建立了关于悬臂梁受力模型,在此基础上对结构进行了强度分析和动态响应分析,最后在结构分析的基础上进行结构优化设计研究,并对优化后的结构进行结构分析。本文的具体研究内容如下所示:(1)根据自升式钻井平台悬臂梁的结构特征、作业环境及本文研究目的,深入探讨论文研究过程中需要用到的有限元理论及结构优化设计理论,为悬臂梁结构分析及优化研究提供必要理论依据。(2)根据自升式钻井平台的作业环境及悬臂梁的结构特点,首先进行了悬臂梁负荷试验研究,并根据试验加载方案进行了数值分析,为后续结构强度研究奠定基础;根据悬臂梁实际作业工况,研究悬臂梁所受的载荷,对悬臂梁结构在不同井位和工况下进行强度、刚度特性分析并校核,同时研究了风向对悬臂梁各工作工况结构强度的影响,为后续悬臂梁结构优化设计奠定基础。(3)悬臂梁在生产作业过程中,受到的载荷多且复杂,为了研究其动态响应性能,运用Lanczos法对悬臂梁进行模态分析,获取了结构前几阶固有频率及振型;在模态分析的基础上,对结构分别进行了频率响应分析和瞬态动力学分析,得到了相应的结果和结论。(4)根据悬臂梁结构的有限元分析结果及相关校核规范,通过分析选定合适的优化设计变量、状态变量及目标函数。通过相关参数的设定,依托Nastran优化功能对悬臂梁两侧纵梁、管架甲板及底甲板进行详细的结构尺寸优化设计,通过不同结构形式的比较,从而得到悬臂梁的最佳结构形式,以实现减轻悬臂梁结构重量的目标。并验证了优化后结构型式的可行性,对比分析了优化前后结构动态性能。(5)在传统型悬臂梁结构的基础上,提出一种双腹板型悬臂梁结构;然后对新型悬臂梁结构与传统型悬臂梁结构的结构性能进行对比分析。