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文檔簡介
1、考慮到我國渤海冬季結冰的環(huán)境條件和邊際油田的油藏特性,渤海海洋平臺多采用比較經濟的鋼質導管架固定式平臺,并通過安裝破冰錐體的措施來抗冰。多年的現場監(jiān)測發(fā)現平臺存在冰激振動現象,然而,現行平臺設計規(guī)范沒有明確冰激振動的處理方式,所以經濟型抗冰振導管架平臺的動力設計成為渤海海洋平臺的關鍵問題。本文基于多年的冰激振動現場監(jiān)測和冰荷載研究的成果,結合“十五”863項目“新型平臺抗冰振的關鍵技術”(2001AA602015-1),開展適用于渤海的
2、面向動力性能的抗冰導管架平臺優(yōu)化設計研究。將基于性能的設計思想和優(yōu)化概念引入新型平臺抗冰振設計研究中,重點研究抗冰導管架平臺的動力優(yōu)化設計,深入討論了抗冰導管架平臺的性能定義、抗冰振設計動冰力的確定、冰激振動的分析和抗冰振優(yōu)化模型的建立等關鍵問題,為渤海邊際油田的經濟型抗冰導管架平臺設計提供相關的理論、方法與技術支持。 本文主要研究內容如下: 1.在基于性能的設計框架下,明確抗冰導管架平臺的性能定義,提出在設計優(yōu)化中把極
3、值靜力性能要求和動力性能要求加以區(qū)分處理的解決方案,對抗冰導管架平臺明確提出了面向動力性能的優(yōu)化問題的兩種列式。 2.強烈的冰激振動會導致顯著的管節(jié)點動應力,這會引發(fā)節(jié)點的冰激疲勞。為了解決復雜管節(jié)點疲勞分析時精度和效率之間的矛盾,在可兼顧整體和局部結構特征的有限元模型的基礎上結合虛擬激勵法的特點,提出了一個復雜節(jié)點冰激疲勞分析的高效譜分析方法。 3.針對有一類關注減重并需要考慮冰激疲勞的平臺,如無人井口平臺,從不同的角
4、度入手將冰激疲勞和優(yōu)化結合,分別提出了考慮節(jié)點疲勞壽命和考慮節(jié)點疲勞可靠性的兩種抗冰導管架平臺結構優(yōu)化問題。 4.提出了短期動冰力的概念和冰激加速度的條件超越概率的計算方法,在此基礎上同時考慮海冰環(huán)境的不確定性和結構特性的差異,提出了確定面向抗冰導管架平臺動力分析的短期動冰力的兩種方法:基于失效概率的方法和基于損失期望的方法。 5.針對有一類對冰激振動加速度要求高且需限制材料用量的平臺,如有人居住的生活動力平臺,提出了目
5、標函數為冰激甲板加速度均方根值的抗冰導管架平臺結構優(yōu)化問題,在優(yōu)化中整合了所建議的確定短期動冰力的方法,旨在解決在優(yōu)化中需要考慮海冰環(huán)境不確定性和結構特性變化的問題。 6.建立了抗冰導管架平臺的概念模型,推導抗冰導管架平臺的概念參數和整體性能之間的關系,給出了一個參數優(yōu)化問題的表述,分析了參數對性能的影響,討論了剛性和柔性抗冰設計的特點,指出適合渤海的經濟型抗冰導管架平臺設計應采用柔性抗冰設計,而面向動力性能的抗冰導管架平臺優(yōu)化
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