半潛式鉆井平臺(tái)極限強(qiáng)度及裂紋缺陷評(píng)估的研究.pdf

1、半潛式鉆井平臺(tái)是海洋石油開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)施之一。平臺(tái)在加工建造過程中不可避免地存在初始缺陷，在長期的生產(chǎn)過程中在海洋環(huán)境載荷作用下極易出現(xiàn)疲勞裂紋。裂紋在結(jié)構(gòu)服役過程中對(duì)環(huán)境載荷作用極為敏感，往往引起應(yīng)力集中、進(jìn)而促進(jìn)裂紋擴(kuò)展直至結(jié)構(gòu)最終失效。如何評(píng)價(jià)現(xiàn)役海洋平臺(tái)存在的各種裂紋對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響一直是學(xué)術(shù)界面臨的一大難題本文以南海五號(hào)半潛式平臺(tái)為研究對(duì)象，基于‘合于使用’原則，采用ABAQUS軟件，在BS7910等規(guī)范的基礎(chǔ)上，對(duì)含裂紋平臺(tái)結(jié)

2、構(gòu)進(jìn)行分析、評(píng)定，確定裂紋的拒收和接受。同時(shí)對(duì)橢圓形表面裂紋前沿應(yīng)力強(qiáng)度因子的分布規(guī)律，以及在極端環(huán)境條件下裂紋的極限尺寸進(jìn)行研究，為含裂紋平臺(tái)安全評(píng)價(jià)提供了一種科學(xué)方法。 本研究報(bào)告以實(shí)際工程項(xiàng)目為依托，圍繞著半潛式鉆井平臺(tái)的延壽評(píng)估，將有限元建模波浪載荷的計(jì)算、整體結(jié)構(gòu)分析、局部應(yīng)力評(píng)估裂紋斷裂評(píng)價(jià)有機(jī)結(jié)合為一體。本研究報(bào)告通過了海洋工程的權(quán)威機(jī)構(gòu)——挪威船級(jí)社DNV的審核。 本研究主要工作如下： 根據(jù)DNV

3、規(guī)范，并利用高級(jí)有限元軟件ABAQUS對(duì)南海五號(hào)半潛式平臺(tái)建立了詳盡的有限元模型，研究了半潛式鉆井平臺(tái)運(yùn)動(dòng)流場(chǎng)非定常擾動(dòng)勢(shì)的定解條件，分別引入有限水深和無限水深頻域Green函數(shù)，應(yīng)用源匯分布法對(duì)三維水動(dòng)力系數(shù)和繞射勢(shì)進(jìn)行了求解，研究了半潛式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)及波浪載荷的求解方法，并對(duì)波浪載荷進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的整體及局部應(yīng)力狀況進(jìn)行了詳細(xì)評(píng)估。 基于‘合于使用’原則，應(yīng)用斷裂力學(xué)的理論和方法，開發(fā)了含缺陷平臺(tái)結(jié)構(gòu)ECA(Engine

4、eringCriticalAssessment)評(píng)估軟件，對(duì)探傷發(fā)現(xiàn)的裂紋的可接受性進(jìn)行了ECA評(píng)估，得到了裂紋可接受的臨界尺寸，解決了大型工程結(jié)構(gòu)裂紋評(píng)價(jià)的工程問題，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值研究成果不僅可以應(yīng)用于半潛式平臺(tái)的裂紋評(píng)估，而且可以應(yīng)用于固定式、自升式平臺(tái)以及海底管線的裂紋評(píng)估。 本研究利用ABAQUS軟件強(qiáng)大的計(jì)算功能并將該軟件首次應(yīng)用于半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)的評(píng)估，主要解決了如下問題： (1)大型工程結(jié)構(gòu)的整體有限