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半潜式海洋平台在供应船碰撞下的结构响应研究
| 论文题名： | 半潜式海洋平台在供应船碰撞下的结构响应研究 |
| 关键词： | 半潜式海洋平台;船尾碰撞;流固耦合;结构强度 |
| 摘要： | 海洋平台的碰撞是结构在很短时间内，受到巨大冲击载荷作用的一种复杂动态响应过程，具有非常明显的非线性动力特性。考虑问题的复杂性及碰撞损伤所产生的严重后果，进行半潜式海洋平台与供应船尾部碰撞的具体研究，对加强海洋平台结构强度、预防平台碰撞事故的发生，以及给出海洋平台结构设计与防撞系统设计建议的意义重大。本文以我国南海海域、最大作业水深3000米，最大钻井深度10000米的深水半潜式海洋平台为研究对象。在系统地分析和总结海上结构物相互碰撞机理的基础上，针对半潜式海洋平台在供应船船尾碰撞下的动力响应问题，主要采用附加质量法，应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行数值仿真计算。具体研究工作如下： 1.阐述了碰撞动力学的国内外研究现状，介绍了碰撞数值仿真的基本理论。总结了碰撞过程中周围流体的处理方法，确定了海洋平台与供应船材料的力学模型。 2.应用ANSYS软件建立半潜式海洋平台和供应船的有限元模型，并对海洋平台和供应船碰撞区域的网格进行了细化，针对供应船船尾以4m/s速度正碰海洋平台立柱最典型的碰撞情况进行了数值仿真。 3.研究不同碰撞参数（碰撞速度、碰撞角度及碰撞部位）对海洋平台碰撞响应的影响，获得了碰撞力、能量分布、损伤变形及应变的时序结果，确定了海洋平台的损伤程度，并给出了平台相对危险的碰撞情况。 4.采用力-位移等效和能量等效原理的简化算法对仿真结果进行了处理，通过改变立柱碰撞区域的板厚对刚度系数k进行修正，获得了刚度系数k的一般表达式。最后，采用流固耦合法对供应船以4m/s速度正碰海洋平台立柱的结果进行了对比分析。 本文通过改变碰撞速度、碰撞角度及碰撞部位，对半潜式海洋平台在供应船船尾碰撞下的结构响应问题进行数值仿真，得到以下主要结论： 1.海洋平台的整体移动具有一定的滞后性，碰撞力呈现出明显的非线性特性。立柱结构在被撞过程中外板吸收内能最多，其次是内部结构的横框架、垂向壁板、外板T型材及甲板。立柱结构主要通过挤压、弯曲、拉伸和压溃变形四种方式进行破坏。 2.在能量转换过程中供应船有一个被海洋平台“弹”回的过程。当碰撞速度较小时，平台外板结构单元会产生振动现象，单元应力和能量在短时间内出现波动。 3.从两种简化算法结果得出，按能量等效原理的方法所得结果更加精确。附加质量法与流固耦合法所得结果精度一致，通常建议采用附加质量法进行有限元计算。 |
| 作者： | 沈炜炜 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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