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自升式平台后服役期结构强度及损伤评估研究

孙玉武  
【摘要】: 渤海8号平台是一座由槽口式改为悬臂式的自升式平台,并已经进入后服役期阶段的老龄化平台。由于改装改变了平台的结构形式和应力分布,造成承载能力与外载荷的不匹配。本文根据渤海8号在使用中出现的问题,对处于升船钻井状态的平台从静力、疲劳、稳定性和变形等多方面进行了分析,并在此基础上进行结构强度校核和损伤评估,提出改进平台结构强度性能的方案。 首先,建立渤海8号平台整体空间板梁组合结构有限元分析模型。在环境载荷和工作载荷作用下,计及钻井载荷动载效应,利用结构有限元软件计算平台不同工况下的应力分布,根据结构强度和规范要求校核平台主船体结构及桩腿的静强度。 其次,本文通过分析提出了平台主体结构不同以往的疲劳区域和循环载荷,采用P-S-N曲线方法和线性累计损伤理论,计算在由钻井载荷波动引起的循环载荷作用下平台升降室围井区垂直焊缝处疲劳计算点的累积损伤,并进行寿命估算。疲劳计算中考虑了焊接残余应力、应力集中和平均应力等因素的影响。 本文以试验为基础,通过比较性分析建立平台升降室疲劳区域的裂纹扩展动态模型,预报裂纹扩展长度,估算裂纹扩展寿命。并采用剩余强度干涉理论和损伤容限分析思想对平台进行可靠性评估。然后根据现场裂纹扩展测量数据对裂纹扩展预报和结构可靠性进行贝叶斯修正。 针对机械甲板变形问题,利用理论和经验公式进行整体板架和局部板格屈曲分析。通过与有限元应力计算结果比较,校核机械甲板的稳定性。在确定屈曲类型和原因的基础上,提出消除局部板格屈曲的方案。 最后,利用平台整体结构有限元位移计算结果,分析悬臂梁的最大挠度和变形曲线。根据业主要求和结构特点,提出减小悬臂梁挠度和结构应力的改装方案,进行结构再分析,定量计算改装对悬臂梁挠度的影响。


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