《自升式海洋平台結構的冰振機理及動力失效模式研究》是依託大連理工大學,由張大勇擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：自升式海洋平台結構的冰振機理及動力失效模式研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張大勇
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自升式海洋平台屬柔性抗冰結構，其樁腿在水線位置是兩側帶有齒條的圓柱，海冰作用在這類結構上發生的破壞模式非常複雜。隨著近年極地海洋資源開發逐漸升溫，自升式海洋平台將大規模在冰區使用，但其在設計中仍有許多關鍵性問題尚未得到解決。為此，本申請項目針對自升式海洋平台結構的冰振機理及動力失效模式問題，通過低溫實驗室開展冰與帶齒條樁腿相互作用的模型實驗，明確不同冰速、齒條角度下冰排的破壞形式及結構回響特點；利用渤海新建平台，建立柔性結構總冰力現場測量方法，進而確定適合帶齒條圓柱結構的冰力模型；基於ANSYS有限元數值模擬，選取典型的自升式平台結構，確定冰振下該類結構的動力失效模式及判據。本申請項目通過對自升式海洋平台的海冰作用機理研究，確定冰激結構振動的動力失效模式，為極區與亞極區自升式海洋平台的設計、建造提供堅實的理論基礎。
結題摘要
自升式海洋平台是勘探、開發海洋石油的重要裝備，殼體式樁腿的自升式平台是適合極地和我國渤海冰區的結構形式。樁腿兩側帶有齒條，海冰作用在這類結構上發生的破壞模式非常複雜。本申請項目針對自升式海洋平台結構的冰振機理及動力失效模式問題，開展了相關模型實驗及數值模擬研究。主要內容包括：通過低溫實驗室開展冰與帶齒條樁腿相互作用的模型實驗，明確不同冰速、齒條角度下冰排的破壞形式及結構回響特點；利用渤海新建平台，建立柔性結構總冰力現場測量方法，進而確定適合帶齒條圓柱結構的冰力模型；基於ANSYS有限元數值模擬，選取典型的自升式平台結構，確定冰振下該類結構的動力失效模式及判據。 本項目明確冰與帶齒條樁腿相互作用的模型實驗方案設計，實驗結果發現圓柱結構和帶齒條結構的最大靜冰力沒有顯著的差異，作用角度的影響也不顯著，沒有從根本上改變凍的擠壓破壞模式；同樣存在包括準靜態振動，穩態振動，隨機振動在內的三種冰激振動模式。利用渤海遼東灣的幾座柔性平台上多年的實測數據，從冰力的周期性和同步性分析局部冰力的相關性，明確海冰與結構發生同時/非同時擠壓破壞效應以及對極值靜冰力的影響。結合模型實驗及數值模擬的方法對結構荷載進行標定，利用水下結構局部應變回響信息來確定海洋平台冰荷載。通過獲得的冰荷載全面信息，以便對柔性結構極值冰荷載進行量化分析，同時為完善穩態冰力與隨機冰力提供理論依據。基於數值模擬，提出冰荷載作用下柔性抗冰結構的失效模式及判別指標，並明確相應的評價方法。結果表明，目前的自升式鑽井平台設計滿足極值靜冰荷載要求，冰激平台的加速度回響不是很顯著；而動冰荷載下結構的穩態振動對樁腿與平台相連處會激起一定的交變應力，疲勞失效可能存在，基礎可能會由於土的變化而發生失效。本申請項目通過對自升式海洋平台的海冰作用機理研究，確定冰激結構振動的動力失效模式，為極區與亞極區自升式海洋平台的設計、建造提供堅實的理論基礎。
