半潛平臺結構強度分析及撐桿趾端疲勞壽命預報.pdf

1、隨著陸地油氣資源的不斷枯竭,海洋成了未來能源的主戰(zhàn)場。作為深海油氣開發(fā)的主流裝備,新型半潛式海洋鉆井平臺對我國而言,還有很大的空間有待探究。其一,就水動力性能而言,半潛平臺的低垂蕩運動有利于更高的時間比例進行鉆探,較低橫搖、縱搖幅值運動有助于平臺操作和運輸,以及其他水動力性能的研究有利于動力定位系統(tǒng)的開發(fā),等等;其二,就結構強度分析而言,結構強度是平臺良好運行的先決條件,其意義不言自明;其三,由于波浪載荷的循環(huán)作用,就必須考慮疲勞強度;

2、其四,在結構設計階段,往往只考慮強度,而工藝建造水平以及經濟效益才是真正決定該領域的發(fā)展方向,故在結構設計時也要多考慮工藝和經濟效益;等等。
　　本文依托ABS規(guī)范,用DNV.SESAM軟件完成了平臺結構強度分析、水動力性能分析和關鍵部位疲勞可靠性分析。其主要研究內容和結論如下:
　　1)統(tǒng)計了半潛式鉆井平臺的發(fā)展歷史和現(xiàn)行狀況,分析了平臺結構和技術特點,總結了國內外波浪載荷和疲勞可靠性的研究現(xiàn)狀。
　　2)闡述了水動

3、力分析的基本理論,其中包括零航速的三維勢流理論求解,任意位置任意點的morison桿上波浪力的求解,平臺水動力參數(shù)的物理意義以及波浪載荷長期預報的理論推導。根據ABS《近海結構物疲勞評估》規(guī)范,從理論上推導了采用S-N曲線與Miner線性累積損傷理論為基礎的疲勞譜分析法,總結了結構熱點譜疲勞可靠性分析的完整過程。
　　3)完成了三種半潛平臺的波浪載荷計算和水動力性能比較分析,得出斜撐平臺的垂蕩響應運動最優(yōu),以及撐桿結構的變化對平臺

4、一階波浪激勵力影響不大。
　　4)總結了目標半潛平臺的結構強度分析方法和流程,并采用隨機性設計波法,確定了三種半潛平臺的設計波參數(shù),得出中縱剖面的最大縱向剪切狀態(tài)時波浪載荷最惡劣。同時,根據ABS規(guī)范對三種平臺的關鍵部位進行了屈服強度校核,得到斜撐平臺最好,但疲勞熱點數(shù)較多,推薦改用空間交叉型的撐桿結構。此外,還分析了水平撐桿的焊接工藝技術和探討了不同撐桿形式對建造的影響,可知斜撐結構工藝相對復雜。
　　5)采用疲勞譜分析法