自升式海洋平臺碰撞模型試驗技術研究與應用.pdf

1、自升式海洋平臺作為海洋能源勘探開發(fā)的主要組成部分，是海洋油氣探井、鉆井、開采的主要作業(yè)基地，然而船舶碰撞致使平臺結構損傷破壞一直是威脅海洋平臺安全的主要因素之一。評估結構耐撞性能最可靠的方法是實尺度碰撞試驗，然而對于平臺的碰撞試驗，因其耗資巨大而不易開展，因此，適當開展比例模型試驗可以為簡化解析算法及數(shù)值仿真計算提供驗證依據(jù)，從而揭示平臺結構在碰撞過程中的損傷變形機理，對更好的開展自升式平臺耐撞結構設計具有重要意義。
　　本文首先

2、開展了典型船用鋼材的靜動態(tài)材料力學性能試驗，分析確定了有限元仿真分析中的材料非線性輸入?yún)?shù)；然后運用量綱分析法推導船舶-自升式海洋平臺碰撞的動態(tài)相似率，進行碰撞結構縮尺修正方法研究；在此基礎上，編制試驗大綱，實施管及管節(jié)點的落錘沖擊試驗，并基于有限元軟件 ABAQUS開展試驗仿真分析，完善碰撞問題的模型化技術；最后設計了平臺整體碰撞模型試驗方案。本文的主要研究工作及結論如下：
　?。?）開展了船用低碳鋼材料的準靜態(tài)和高速拉伸試驗，

3、基于試驗結果進行了材料非線性仿真輸入研究，考慮了材料硬化、不同網格失效應變以及應變率敏感性，得到可用于軟件輸入的材料力學性能參數(shù)；開展了加筋板結構的落錘沖擊試驗，分析沖擊載荷作用下結構的動態(tài)響應過程，與仿真計算結果比較，驗證仿真分析技術的準確性。
　?。?）基于量綱分析法推導了船舶-自升式海洋平臺碰撞動態(tài)相似率，結合有限元仿真技術建立不同縮尺比下的簡化平臺管節(jié)點模型，計算并驗證了相似準則的正確性；考慮了材料應變率敏感性對碰撞問題結

4、構縮尺的影響，推導得到了通過改變沖擊質量來修正縮尺誤差的方法，并以弦管碰撞模型的縮尺實例驗證了該修正方法的可靠性。
　?。?）設計了自升式平臺管及管節(jié)點的落錘沖擊試驗方案并開展了相關試驗，對試驗中得到的碰撞力、沖擊過程、損傷變形情況進行了分析討論，給出了結構形式、沖擊高度對結構動態(tài)響應的影響規(guī)律。
　?。?）基于管及管節(jié)點的落錘沖擊試驗開展了相關仿真分析，將計算結果與實驗比較，完善確認了數(shù)值仿真分析技術；基于數(shù)值計算結果，分