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半潜式海洋平台与冰碰撞机理研究
| 论文题名： | 半潜式海洋平台与冰碰撞机理研究 |
| 关键词： | 冰排破坏;半潜式海洋平台;冰载荷;损伤变形;流固耦合;碰撞机理 |
| 摘要： | 近年来，人类不断地对极地油气资源进行勘测，发现其丰富的油气储量都分布于近海大陆，具有可探采性。而且由于陆地资源的高度紧张，对极地资源开发和开采变得越来越迫切；然而对于这样环境下作业，冰载荷自然是个不可回避的因素。随着极地气温上升，极地冰区不断缩小，冰山融化导致浮冰增加，必然影响海洋结构物损伤和生命周期，从而研究在深海中作业的半潜式海洋平台减少冰载荷破坏损伤具有重要意义。 鉴于上述原因，全文采用 ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件进行了海洋平台与冰排碰撞损伤性能研究，主要内容如下： （1）极地冰是一种很复杂的材料，其不同的破坏形式对结构物损伤会造成不同的影响，采用弹塑性断裂材料模型及 von-mises屈服理论建立冰体材料，与试验比对验证数值模拟冰排受直立结构作用破坏过程的合理性，并具体分析在整个过程中冰排破坏的现象及形式和应力传递特征，得到冰力时程曲线规律，在此基础上，研究外部因素加载速率和冰排厚度两者对冰力值的影响。 （2）建立海洋平台整体模型（主要是平台立柱）与冰排作用的数值模型，在某一工况下分析立柱外板，横向框架以及外板 T型材的损伤变形方式和程度以及单元应力应变情况，并对立柱各结构吸能和浮冰吸能情况以及从立柱各结构受力曲线对整个碰撞过程作具体分析。考虑初始动能和碰撞角度两个因素，从各个结构吸能比例和碰撞能量转化率等方面比较了平台立柱的损伤情况。 （3）考虑真实环境（流体），运用LS-DYNA中ALE算法模拟流固耦合作用下的平台损伤情况，分析不同的截面流场速度的分布特点以及碰撞过程中流场动能的变化，并且由立柱损伤变形，结构吸能以及碰撞力三个方面比较两种仿真模拟，探讨流体介质的存在对平台与浮冰碰撞作用的影响。 经过分析表明：a)冰排受直立结构作用过程中主要产生挤压破坏和非同时破坏；b)海洋平台在受浮冰碰撞作用中承担主要变形，且又以立柱外板损伤最严重；c)流体介质在碰撞中会减弱平台损伤程度和加速浮冰破坏，但是更容易引起结构振动。 |
| 作者： | 李友龙 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 董科 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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