摘 要摘 要随着世界经济的迅猛发展，石油、天然气等传统能源的需求量逐年增长，而陆上资源的产量已不能满足日益增长的需要，各国开始大力发展海上石油的勘探、开采。海洋平台作为海洋油气探井、钻井、开采的主要作业基地，近年来得到了大力的发展。自升式钻井平台作为海洋平台的重要组成部分，在经历了半个多世纪发展后，在工作水深、抗风暴能力、可变载荷、钻井能力和操作性能等方面均取得了巨大进步，已成为目前应用最为广泛的移动式钻井设施，在深水钻井领域也发挥着越来越重要的作用。然而，海洋平台在海上长期工作，自然环境恶劣，如果遭受灾害性事故，不仅会威胁到人员的安全，也会导致巨大的经济损失及环境的污染。引起灾害性事故的主要原因来自船舶碰撞，其会造成海洋平台管桁架结构的严重损伤，特别是作为主要传力构件的管节点的破坏，具有很大的危害性。因此，本文以海洋平台中常见的T型节点为研究对象，分析其在受侧向撞击时的损伤变形机理及能量耗散机制，对更好的开展平台耐撞结构设计具有重要的现实意义。本文通过模型试验、解析计算及数值仿真相结合的方法对冲击载荷下T型管节点的碰撞性能进行研究，提出相应的失效模式并得到能量耗散与撞深的关系。本文的主要研究内容及结论如下1、开展了自升式海洋平台T型管节点的落锤冲击试验，对试验中得到的碰撞力、冲击过程、损伤变形情况进行了分析讨论，研究了不同冲击高度对结构动态响应的影响规律。2、基于试验建立了T型管节点的有限元模型并进行数值仿真分析，将仿真结果与实验结果进行比较，验证数值仿真方法的可靠性；基于数值计算结果，分析了典型冲击过程，探讨了不同冲击质量对管结构碰撞性能的影响规律。 3、通过观察模型试验试件的损伤变形情况，提出T型节点的碰撞变形模式，并基于塑性理论，运用解析方法推导得到了冲击载荷下能量耗散的解析计算公式，将解析结果与数值仿真结果对比，从而验证解析计算的正确性。关键词自升式海洋平台；碰撞；T型管节点；试验；解析计算；数值仿真
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状和方法 2
1.2.1 解析计算方法 2
1.2.2 基于有限元方法的数值仿真 3
1.2.3 试验方法 4
1.3 本文的主要内容 4
第二章 塑性力学
 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^351916072^ 
理论及有限元方法 6
2.1 引言 6
2.2 塑性力学原理 6
2.2.1 塑性力学简介 6
2.2.2 界限定理及虚功原理 7
2.3 有限元方法的简介 8
2.3.1 有限单元法概述 8
2.3.2 ABAQUS的简介 8
2.4 小结 9
第三章 T型管节点落锤冲击试验及仿真分析 10
3.1 冲击试验引言 10
3.2 落锤冲击模型试验方案 10
3.2.1 试件材料及尺寸设计 10
3.2.2 测量对象 12
3.3 模型试验结果分析 14
3.4 T型管节点落锤冲击仿真分析 18
3.4.1有限元模型的建立 18
3.5 数值模拟结果与试验的对比分析 20
3.5.1 损伤变形 20
3.5.2 碰撞力 21
3.6 T型管节点冲击过程分析 22
3.7 冲击参数对结构碰撞性能的影响 24
3.8 本章小结 25
第四章 T型管节点碰撞的解析计算及仿真验证 26
4.1 引言 26
4.2 弦管在侧向集中荷载下的变形模式及解析计算 26
4.2.1 圆环的破碎 29
4.2.2 梁元的变形 32
4.3 撑管的变形模式及解析计算 35
4.4 解析计算结果与仿真结果的对比 36
4.5 本章小结 37
总结和展望 38
致谢... 40
参考文献 41
绪论
研究背景与意义
近年来，随着世界经济的迅猛发展，对海洋油气资源的开发利用也得到了更多的重视。我国海岸线绵延23000公里，在幅员辽阔的海洋水域中，蕴藏着大量的油气资源，对这些资源的开发和利用自然离不开海洋平台的支持。而自升式钻井平台在经历半个多世纪发展后，在工作水深、抗风暴能力、可变载荷、钻井能力和操作性能等方面取得了巨大进步，也得到越来越广泛的运用。它可以进行常规水面完井、钻海底井，也可以用来安装导管架平台和上部模块、河口导堤建设的抛石和整平等工作。自升式海洋平台也发展成移动式采油平台，用来开采边际油田，使之能重复使用，降低固定式平台的成本，在满足经济性的前提下，也在向更深水域发展[]。
海洋平台在海上长期工作，环境非常恶劣，据统计，在短短30多年内，已有多起灾害性事故发生[]。引起灾害性事故的主要原因来自严重风暴和碰撞， Tebbet在《最近五年钢质平台的修理经验》中[]对世界上100起需要修理的海上平台损伤原因进行了分析，发现近25%的海上平台损伤是由碰撞引起的。
在海洋平台的碰撞事故中，其中船舶碰撞占绝大多数，且多为补给船，在靠近和驶离海洋平台时，在近水面位置发生碰撞。一般来说，碰撞事故引起的后果是极其严重的，往往会造成平台结构及设备的破坏、环境污染、经济损失、人员伤亡等灾难性的后果。例如，1988年，一艘德国潜艇在水下撞上了安装在北海的OsebergB型平台，使得平台需要进行费用极高的水下维修才能继续使用[]。2002年8月我国南海WENl3一l平台导管架结构在施工过程中受到大型起重铺管船的撞击，X斜撑有一构件局部受到严重挤压破坏，附近海管、立管也受到严重破坏，造成工期延后4个多月，直接经济损失达数百万元[]。
HSE[]在其研究报告中指出，相较于固定式平台，自升式平台柔性更大，但结构冗余度更低，遭遇碰撞冲击后的结构响应和吸收冲击冲击能量的能力也有明显区别，对于严重的冲击损伤只能提供有限的抵抗力，因此考虑碰撞载荷影响对此类平台的结构设计有重要作用。
对自升式海洋平台，外部载荷和自身的重量主要通过管节点来承担和传递，节点受撞损坏后的后果将是非常严重的，有时甚至会导致平台报废，因此开展海洋平台管节点碰撞性能研究，揭示平台结构在碰撞过程中的损伤变形机理，对更好的进行海洋平台耐撞结构设计具有重要意义，也对评价平台结构损伤及碰撞后结构的修复和加固方案也具有重要的工程意义。
国内外研究现状和方法
Minorsky[]于1959年在“Journal of Ship Research”发表研究论文，提出了结构变形能与参与变形结构损伤体之间的线性关系，至此开创了船舶碰撞的相关研究。而随着油气资源的大力开发，船舶和海洋平台数量迅速增多，碰撞事故时有发生，1989年“Exxon Valder”油轮搁浅事故将此方面的研究推向了高潮[]。
目前关于船舶与海洋结构物碰撞的研究很多，发展的也较为成熟，主要的研究方法有简化解析法、试验法和有限元法等。
解析计算方法
解析计算方法主要基于塑性力学理论的上限定理对碰撞问题进行理论分析。通过对以往碰撞事故和试验的观察分析，对结构的塑性变形模式进行简化假设并建立相对应的数学模型，然后对数学模型进行塑性分析，从而得到所需的解析计算公式。

原文链接：http://www.jxszl.com/jtgc/cbyhy/76888.html