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抗冰平台动力响应分析及安全可靠性研究

徐传晶  
【摘要】:对于渤海海域的海洋平台来说,海冰载荷是平台设计的重要控制载荷,剧烈的冰激振动直接威胁着平台的安全。研究发现,抗冰锥结构可有效减小水平方向冰力,而安装了抗冰锥的海洋平台仍会发生冰激共振现象,因此有必要研究加锥平台的动力特性及安全性能。本文通过理论指导和数值模拟手段,对抗冰海洋平台的自振特性、平台在动冰力作用下的动力响应及安全可靠性等内容进行了系统的分析和研究。 本文主要研究内容如下: (1)基于海冰环境监测信息,确定了海洋平台所处海域的冰厚、冰速、冰向和压缩强度等海冰参数;针对海洋平台,采用CAE技术建立了有限元分析模型,并进行平台模态分析,得到了平台主要振型,评价平台结构系统的动态特性。 (2)建立了有抗冰锥平台的有限元分析模型,在分析海冰与平台相互作用机理的基础上,进行了锥体抗冰平台在海冰作用下的动力分析;得到了抗冰锥结构对海洋平台受海冰作用力的影响规律及在减小平台冰激振动方面的影响规律;并分析了冰激振动对上部作业人员及关键设备的影响。 (3)针对海冰运动时的巨大推力,研究了平台在极端荷载作用下的承载能力。采用非线性倒塌分析方法,考虑桩-土-结构的非线性相互作用,建立了目标海洋平台在极端冰荷载作用下的承载能力计算模型,进行了平台结构体系在极端冰荷载作用下的全过程倒塌分析。 (4)基于可靠性理论,分别建立了海洋平台在承载能力极限状态与正常使用极限状态下动力可靠性分析模型。通过Monte Carlo分析方法并采用Latin Hypercube Sampling技术对海冰参数、设计参数等进行随机抽样,在动力有限元分析的基础上,完成了对平台的冰激振动可靠性分析。


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