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基于离散元--有限元耦合方法的导管架平台抗冰性能研究
| 论文题名： | 基于离散元--有限元耦合方法的导管架平台抗冰性能研究 |
| 关键词： | 导管架平台;抗冰性能;离散元;有限元;海洋平台 |
| 摘要： | 渤海具有丰富的油气资源，海上坐落着数十座用于钻井、采油、储油等工作的导管架平台。由于渤海海洋环境复杂，海域内服役的海洋平台除了受到风、浪、流三种常见环境载荷的作用，在冬季还会受到冰载荷的影响，严重影响平台正常生产和作业，甚至还会导致平台失效，进而引发工程事故。因此为准确预测冰载荷，保证海洋平台冬季作业安全，降低海冰致平台失效风险，本文采用数值模拟方法对导管架平台抗冰性能进行了研究，可为导管架平台设计建造过程和安全评估方面提供参考。主要工作内容及成果如下:因渤海每年结冰程度不同，时而会出现严重冰情危害导管架平台冬季作业，本文首先对海冰与平台相互作用机理进行了研究，从渤海冰情和海冰性质入手，介绍了冰情随时空分布特点以及海冰物理性质和力学特性，并对海冰与结构相互作用产生的冰载荷类型及海冰破坏形式进行了说明。 其次，本文基于离散元-有限元耦合方法建立了海冰-平台耦合模型，其中海冰模型通过离散元方法建立，能准确体现海冰物理力学特性并表现出海冰破碎和堆积现象。参考渤海导管架平台结构，通过有限元方法建立了平台模型，用于分析结构响应。海冰-平台耦合模型可以直观表现出海冰破坏形式，实现了冰载荷信息自离散元向有限元的传递，并与原型测量结果进行了对比，验证了海冰-平台耦合模型的准确性。通过海冰-平台耦合模型模拟了多冰情下海冰与平台相互作用过程，获取了冰载荷时程曲线并分析了冰载荷作用规律，定量探讨了海冰速度、厚度以及导管腿直径对冰载荷的影响。 最后，本文根据数值模拟结果对导管架平台抗冰性能进行了研究，分析了平台在常规冰情下结构静力和动力响应，得到了平台抗冰极限承载能力和抗冰激振动性能，预测了平台失效时冰载荷信息和失效位置。根据平台失效特点总结了导管架平台失效模式，并提出了一套适用于导管架平台失效的应急方案。 |
| 作者： | 蒋哲 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 刘红兵;周雷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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