收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

海洋平台结构优化设计方法与软件

马红艳  
【摘要】:海洋平台是开发海底油气资源的基础结构,也是生产作业与生活基地。其设计周期和设计质量直接影响到海洋油气资源开发的成本和效率。因此,采用先进的优化设计技术是提高设计质量、缩短设计周期、保证设计安全可靠的重要手段,研究海洋平台结构优化设计技术及开发相应的软件,具有重要的工程意义。海洋平台受到风、浪、流、海冰等复杂海洋环境的作用,其结构静、动态响应非常复杂,研究海洋平台的结构响应分析方法、结构响应对结构形式以及尺寸等设计参数的敏度分析技术、优化设计问题的模型与求解方法,具有重要的理论意义。 本文主要研究了导管架海洋平台结构系统优化设计的理论与数值计算方法。建立了导管架平台结构多设计准则、多约束条件的优化模型;研究了在随机波浪等复杂载荷环境作用下的海洋平台结构静、动态响应和随机响应的计算方法以及结构响应灵敏度分析方法;研究了基于设计规范的海洋平台选型优化、结构形状与尺寸优化方法;以CAE软件JIFEX为支撑平台,开发了海洋平台优化设计软件。以渤海油田开发为工程背景,针对具体的海洋平台结构进行优化设计。主要研究内容包括: 1.固定式导管架海洋平台结构的选型优化和形状、尺寸优化方法。研究了导管架平台的结构特点及所处的海洋环境,建立了风、浪、流、海冰等环境荷载作用下的平台结构各种力学响应分析的合理的有限元模型。研究了多设计准则、多约束条件和多荷载工况的优化设计方法,建立了基于设计和建造规范的导管架平台结构选型优化(拓扑布局与构件尺寸的联合优化)问题的模型,约束条件包括满足规范的应力、位移、构件稳定性、整体抗倾覆能力、桩基横向承载力和管结点的剪切强度等设计约束。选型优化过程分为两阶段进行:首先采用基结构方法进行结构的拓扑优化设计,获得了最佳结构拓扑后再进行尺寸优化和形状优化。为克服尺寸和形状两类设计变量耦合所造成的困难,采用了分层优化方法。通过选型优化,在降低平台造价的同时,设计出满足结构的稳定特性、安全寿命等多种设计准则的新型平台结构。在现役平台实际工作环境作用下,以实际设计方案为初始设计的海洋平台选型优化设计结果,说明了本文建立的优化模型和方法的有效性,以及优化设计技术在提高平台结构性能和降低造价方面的重要作用。 2.固定式导管架平台在海冰作用下的结构瞬态响应分析与动力响应优化方法。将冰力模拟为随时间作周期性变化的荷载模式,应用有限元数值分析方法求解出结构的位移响应值。将位移响应及结构的固有频率作为约束条件,以构件的截面尺寸为设计变量,将结构重量作为优化目标,对海洋平台结构进行了动力优化设计,有效地控制海洋平台结构在冰激作用下的振动水平。采用基于Newmark积分的直接求导法计算瞬态响应灵敏度,在序列二次规划算法中采用了可行域调整、近似一维搜索、自适应运动极限等改进技术,提高求解效率和收敛稳定性,以解决结构动态响应与设计变量的关系复杂、高度 人连理工人学博士学位论义 非线性,优化可行区域的性态不良等问题。 3.随机波浪作用下的海洋平台结构随机响应灵敏度分析方法与结构优化设计。采用 随机响应分析的确定性算法一虚拟激励法,研究实现了导管架平台在波浪作用下随机振 动响应的有限元计算方法,提出了结构随机响应的灵敏度分析方法。将随机响应灵敏度 分析这一复杂问题的求解转化为相对容易的稳态简谐响应分析问题,避免了求振型导数 的困难,并可利用随机响应分析的程序模块,使灵敏度计算大为简化、程序实现简单, 然后可进一步求出结构随机响应的均值、方差、协方差等统计量的灵敏度。建立了随机 波浪作用下海洋平台结构优化模型,考虑了结构随机位移响应及结构固有频率等约束条 件。对现役的导管架平台进行了尺寸优化和形状优化,设计结果表明,通过结构动力优 化设计,不仅可降低平台的重量,控制结构的随机响应,还可增大平台的基频,以避开 与波浪发生共振的频域区段。 4.在自主研究开发的结构有限元分析与优化设计软件一JIFEX中实现了上述方法。 针对海洋平台结构优化的具体问题和设计要求,依据平台的建造与设计规范,对J正EX 软件系统进行了扩充,增加了新的约束条件和设计变量类型,开发了结构随机响应及其 灵敏度分析的程序模块,使J正Ex软件具有面向海洋平台结构工程设计的尺寸、形状、 拓扑布局三个层次优化(包括结构的强度、刚度、稳定性及振动水平等约束条件)的结构 分析与优化设计功能。 本文研究工作是国家自然科学基金重大项目“大型复杂结构的关键科学问题及设计 理论”(59895410)中“海洋平台结构系统的优化设计”专题部分以及国家重点基础研究 发展规划项目“大规模科学计算研究”二级课题“大规模计算工程软件系统的基础理论 与实施”(G1999032805)的部分内容。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张大勇;李刚;岳前进;;基于人员感受的海洋平台冰振动力可靠性分析[J];中国海洋平台;2006年03期
2 刘爱霞;石湘;李华军;;一种海洋平台广义模型修正方法的研究[J];振动与冲击;2007年01期
3 苏艳艳;尹群;;可燃气体爆炸载荷作用下海洋平台舱室结构动态响应的数值模拟研究[J];中国海洋平台;2007年01期
4 吕悦军;彭艳菊;唐荣余;沙海军;赵建涛;;我国海洋平台抗震标准若干问题探讨[J];地球物理学进展;2008年02期
5 常宗瑜;姚冰川;徐长密;李妮;吕太峰;;海洋平台的运动对人体动力学响应的影响分析[J];机械设计;2011年06期
6 陈铁云,朱正宏;海洋平台碰撞和损伤分析的进展[J];力学进展;1989年04期
7 叶国强;;海洋平台电站设计[J];中国海洋平台;1991年01期
8 罗桦槟,张世英;海洋平台定量风险评估[J];管理工程学报;1999年01期
9 周焕廷,王燕,朱雷鸣;海洋平台动力响应分析的复模态法[J];青岛建筑工程学院学报;2004年04期
10 吴小俊,张士华,王德禹;正压冲固海洋平台的地震分析[J];中国海洋平台;2005年03期
11 董庆锋;徐兴平;畅元江;吕征;;对海洋平台进行动态载荷识别的研究[J];中国海洋平台;2005年06期
12 张大勇,李刚,岳前进;海洋平台优化设计的研究进展[J];海洋工程;2005年01期
13 金伟良;何勇;宋剑;;偶然灾害下海洋平台损伤结构体系可靠性分析[J];浙江大学学报(工学版);2006年09期
14 张圣堃;;固定式海洋平台的可靠性分析[J];海洋工程;1985年02期
15 ;海洋平台用玻璃钢消防水管[J];中国海洋平台;1994年03期
16 宋儒鑫,陆鑫森,刘振国;海洋平台优化检测策略分析[J];中国海洋平台;1996年04期
17 何浩,冯正进;海洋平台报价管理系统费用模块的设计[J];中国海洋平台;1996年02期
18 李华军,嵇春艳,吴永宁;随机波浪荷载作用下海洋平台的前馈-反馈振动控制研究[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);2001年06期
19 桂洪斌,金咸定,肖熙;海洋平台振动控制研究综述[J];中国海洋平台;2003年05期
20 周国宝;王林;;冲击载荷作用下海洋平台的数值仿真研究[J];中国海洋平台;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李刚;张大勇;岳前进;;基于全寿命总费用最小的抗冰海洋平台优化设计[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
2 李良碧;王自力;尹群;孙彦杰;;海洋平台在火灾、爆炸灾害下的风险评估研究[A];七届更迭 三十回眸——第七届船舶力学学术委员会全体会议论文集[C];2010年
3 董胜;付新钰;甘步红;;购置海洋平台的风险与融资探讨[A];2005年度海洋工程学术会议论文集[C];2005年
4 陈聃;;海洋平台抗震[A];中国地震学会第三次全国地震科学学术讨论会论文摘要汇编[C];1986年
5 靳猛;赵金城;杨秀英;刘明路;;海洋平台在火灾作用下的有限元分析[A];第六届全国土木工程研究生学术论坛论文集[C];2008年
6 刘明路;赵金城;靳猛;;火灾作用下海洋平台温度场研究[A];第九届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2009年
7 罗永峰;廖冰;遇瑞;乌建中;;某海洋平台整体提升的施工验算[A];第二届全国钢结构施工技术交流会论文集[C];2008年
8 李长亮;唐健;毛辉;贾玉光;王攀;黄俊;;涂塑管线现场修补与海洋平台管线涂塑工艺设计[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(下)[C];2011年
9 李春明;;海洋平台的振动试验方案及其模型设计[A];2007年度海洋工程学术会议论文集[C];2007年
10 梁天山;王宇;张亚东;王征;殷婷婷;;海洋平台锚泊方式和缆绳配置研究[A];纪念顾懋祥院士海洋工程学术研讨会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马红艳;海洋平台结构优化设计方法与软件[D];大连理工大学;2003年
2 周亚军;导管架海洋平台结构振动智能主动控制研究[D];大连理工大学;2004年
3 嵇春艳;海洋平台动力响应分析与振动控制技术研究[D];中国海洋大学;2003年
4 乐丛欢;海洋平台基于结构碰撞损伤的风险评估[D];天津大学;2010年
5 梁燕军;海洋平台非线性系统最优减振控制研究[D];中国海洋大学;2010年
6 于雁云;船舶与海洋平台三维参数化总体设计方法研究[D];大连理工大学;2009年
7 蒋济同;海洋平台的模态参数识别与损伤诊断研究[D];中国海洋大学;2003年
8 张城明;非线性时滞系统最优控制及在海洋平台减振控制中的应用研究[D];中国海洋大学;2010年
9 翟钢军;海洋固定平台模糊优化与模糊可靠性研究[D];大连理工大学;2001年
10 何晓宇;环境激励下海洋平台多维地震反应分析及控制[D];大连理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李阳;半潜式海洋平台碰撞响应数值仿真研究[D];大连理工大学;2009年
2 安延涛;海洋平台振动分析及相似模型实验研究[D];济南大学;2009年
3 霍发力;海洋平台半主动振动控制方法及模型试验研究[D];江苏科技大学;2009年
4 马军;考虑溢油损失的海洋平台结构构件目标可靠指标优化决策[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 赵忠华;海洋平台局部振动测试与分析[D];天津大学;2009年
6 杨凤军;渤海湾浅海海洋平台动力分析及优化设计[D];中国石油大学;2011年
7 金兆玉;海洋平台冰激振动控制[D];大连理工大学;2004年
8 盖会明;海洋平台结构健康监测方法研究[D];北京化工大学;2007年
9 陈明璐;海洋平台损伤识别与定位方法及模型试验研究[D];江苏科技大学;2010年
10 朱锟;海洋平台爆炸事故风险分析与防护对策研究[D];中国石油大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 孙玲 记者 程云鹤;鞍钢用一流产品撑起我国海洋平台建设[N];鞍山日报;2012年
2 王武祥 何丹;湘钢成功开发特厚海洋平台用钢[N];湘潭日报;2009年
3 李旭东 张宏;海洋平台用钢刮起“舞钢旋风”[N];中国冶金报;2011年
4 本报记者 纪岩青 通讯员 易丛;让整座海洋平台与大海对接[N];中国海洋报;2013年
5 赵慧;我国海洋平台吊机挺进“重型化”[N];中国船舶报;2013年
6 李旭东 李英;舞钢海洋平台新产品挺进设备制造业高端领域[N];世界金属导报;2011年
7 记者 梁茵通讯员 王安军;国内首台海洋平台9000米井架组装完毕[N];中国石油报;2007年
8 记者 陈佳南 通讯员 梁妮;国内自主建造最大海洋平台起重机完工在即[N];中国船舶报;2010年
9 朱正秋 曾佩;武汉船机开发出国内最大海洋平台起重机[N];中国船舶报;2011年
10 记者 孙滨 特约记者 白方;首次中标海洋平台用钢[N];湖北日报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978