海洋环境下导管架平台数值建模与仿真研究

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石油资源是世界能源的支柱来源,随着世界对石油资源的需求不断增长,单纯的依靠陆地石油资源已经难以满足需求,使得海洋石油工业开始在世界兴起并迅猛发展。海洋石油平台作为海洋石油开发中的主要工程结构,其结构性能决定着服役平台的安全性和耐久性。由于海洋平台长期处于恶劣的海洋环境,长期遭受来自风、浪、流以及地震等的作用,平台的局部构件和整体结构抗力,会因为这些有害因素的长期影响而产生衰减,结构的强度和承载能力也会因之而下降。准确有效的分析海洋环境载荷对平台结构的影响,对海洋平台的设计、安装、维护等有重大意义。本文以南海海域某导管架平台相似模型为研究对象,运用ANSYS有限元软件,采用数值模拟方法对平台结构在风、波浪、海流、地震等常遇载荷作用下的结构性能以及结构响应进行了相应的研究。(1)采用拟静力法计算平台结构承受的风载荷,确定了平台在风载作用下的最大位移响应位于甲板位置,结构最大应力值位于桩腿桩基位置;通过对一般海况风载和极端海况风载作用结果的对比分析,得出两者响应的差值,说明了在工程实际中考虑极端载荷的必要性。(2)应用五阶Stokes波浪理论描述波浪运动,模拟海洋平台承受的波浪载荷,考虑最大波流耦合力作用,对平台结构进行波浪载荷静力分析,确定平台最大位移响应位置位于平台甲板以及结构弱点位于平台桩基;对平台进行瞬态动力分析,得到平台在波浪载荷作用下,产生类周期往复运动,周期与波浪周期基本一致,平台不同位置的响应值不同,从泥线至平台甲板,响应值逐渐增大,平台甲板结构变形明显,最大应力出现在桩腿桩基位置。(3)选取ELCentro波和天津波两种一维地震波的作为激励,对平台结构进行瞬态动力分析,得到的平台对地震的响应形式与地震波的激励形式密切相关;平台结构在加速度输入方向上的响应远大于其他方向响应;选取三维ELCentro波作为激励,对平台结构进行瞬态动力分析,平台在水平方向的响应明显,垂直方向的响应很小,说明水平方向的地震可对平台结构产生较大影响;三维地震比一维地震更容易激起平台结构的响应;平台结构对地震波的响应,最大位移响应位于甲板处,最大应力位于桩腿桩基处。
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