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半潜式平台耐撞吸能结构研究

张旭  
【摘要】: 深水半潜式海洋平台一般在深海区域工作,其服役海况恶劣,由于航行过失或者船舶停靠平台时风、浪、流的作用,船只可能与平台发生碰撞。由于深水半潜式海洋平台的工作区域通常远离陆地,事故发生后的救援工作较难实施,事故带来的损失往往更加严重。综合考虑安全、经济以及环境保护等多方面因素,提高深水半潜式海洋平台的耐撞性能具有重要意义。 目前,国内外学者提出了一系列方法研究分析船舶的碰撞性能,同时设计了多种适用于船舶的耐撞结构形式,但对于深水半潜式海洋平台的碰撞研究刚刚起步。本文通过数值仿真方法研究深水半潜式海洋平台的耐撞性能,并在研究多种耐撞吸能结构的基础上,设计适用于深水半潜式海洋平台的耐撞吸能结构。本文工作主要包括以下三方面: 首先,应用蜂窝夹层板、三角夹层板、帽型加筋板等多种耐撞吸能结构设计船舶与海洋结构物中常见的板架结构,采用ANSYS/LS-DYNA显式非线性动力学分析程序建立碰撞模型,进行仿真计算,深入地研究碰撞过程中这些耐撞结构的变形特点、失效方式、应力分布及能量耗散情况。 随后,总结归纳优良耐撞吸能结构的结构形式特点,在此基础上设计出一种新型的适用于深水半潜式海洋平台的耐撞吸能结构—栅格夹层板结构。采用数值仿真方法研究栅格夹层板结构的碰撞性能,并与蜂窝夹层板、三角夹层板、帽型加筋板等耐撞吸能结构进行对比研究。 最后,分别将蜂窝夹层板结构及本文设计的栅格夹层板结构应用于深水半潜式海洋平台立柱结构,采用数值仿真方法研究船艏垂直正向撞击立柱的碰撞过程,对栅格夹层板结构的耐撞性能进行实例分析。 通过上述分析研究可知:与蜂窝夹层板、三角夹层板、帽型加筋板等多种耐撞吸能结构相比,本文提出的栅格夹层板结构具有更优良的耐撞吸能效果,将栅格夹层板结构应用于深水半潜式海洋平台可以改善平台立柱结构的变形及应力分布、增强结构吸能效果,显著地提高深水半潜式海洋平台的耐撞性能。


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