1.1研究背景与意义

随着陆地资源的日渐枯竭，人们将目光投向了丰富的海洋资源，海洋资源的开发得到了人们广泛的关注。因此，浮式生产储油卸油装置（FPSO）应运而生。FPSO是随着海洋油气资源开发程度的加深而衍生而来的新一代船型，有着应用灵活，移动方便，适应性强等特点。但FPSO系统复杂程度高，存在石油、天然气等易燃易爆物品，且机电系统设备布置紧密，因此恶劣的海上作业环境易使得船上管线破裂或对工艺设备造成损伤，从而发生油气泄漏进而引发油气爆炸事故。而一旦发生油气爆炸事故，其内的作业人员的人身安全将面临着巨大的危险。据HSE统计，由于油气泄漏所引发的火灾和爆炸事故是造成相关浮式结构及海洋平台失效的主要原因之一。表1为1980-2005年英国大陆架海域固定式平台及相关浮式结构所发生的的事故类型及统计[1-2]。

表1-1 英国大陆架海域固定平台和浮式结构事故统计

结构类型 事件类型 井喷 碰撞 爆炸 物体坠落 火灾

从表1-1中可以看出，固定式平台及浮式海洋结构上火灾和爆炸事故发生的次数及频率仅次于物体坠落，远远高于井喷、碰撞等事故，且火灾和爆炸事故的后果十分严重，所造成的危害以及经济损失也远远高于其他类型的事故。1988年7月6日，PiperAlpha平台因压缩机模块可燃气泄漏所引发的爆炸和火灾造成了167人死亡，平台遭受了严重损坏，直接经济损失近28.7亿英镑，是迄今世界上最严重的平台火灾爆炸事故。2010年4月20日，位于美国墨西哥湾北部海域的―深水地平线‖钻井平台发生井喷，泄漏的天然气携带燃油引发了剧烈爆炸，事故共造成11人死亡，17人受伤，约500万桶原油泄漏[3]。因此，为了保障船上工作人员的安全，需要对浮式结构在风险因素下的结构安全投以极大地重视。本文选择FPSO生活楼端壁结构作为研究对象，基于非线性有限元软件ABAQUS，根据等效原则对夹层板舱壁结构进行分析。通过典型爆炸场景模拟，模拟出油气爆炸事故下FPSO生活楼端壁在使用夹层板结构时承受空爆载荷下的结构响应，分析夹层板结构在空爆载荷下的结构损伤变形模式、吸能、速度、加速度等力学行为，并与传统加筋板架结构的性能进行对比分析，借此评估生活楼端壁在采用夹层板结构时是否具有优越性。

1.2国内外研究现状及问题

1.2.1夹层板结构研究现状

1.2.2油气爆炸

1.3本文主要研究内容

本文主要研究FPSO上生活楼端壁常规加筋板结构和夹层板在空爆载荷下的对比响应。首先整理了空爆载荷的冲击波理论，并通过有限元软件ABAQUS来构建出相应的上层模型，对构建出的上层建筑模型进行相应的爆炸数值模拟。在此基础上，对传统加筋板板架和夹层板板架的结构性能及吸能进行分析。最后，分析夹层板各个参数对夹层板稳定性、抗爆性能及抗爆特性的影响。主要研究内容如下：

第二章主要对爆炸相应的理论进行了介绍，阐述了爆炸作用的机理，给出了计算爆炸冲击波参数的相应经验公式，为后续研究内容的开展奠定基础。

第三章运用ABAQUS对生活楼端壁常规加筋板架进行了数值模拟，计算出端壁结构在爆炸载荷作用下的结构响应，根据数值仿真计算结果对常规加筋板板架的吸能及相关力学性能进行分析。

第四章介绍了将生活楼端壁加筋板板架等效成夹层板板架的相关原理，并运用有限元软件ABAQUS对夹层板结构的上层建筑端壁进行爆炸冲击数值仿真计算，并将计算结果同对应的加筋板板架上层建筑端壁结构的响应进行对比分析，从而得出相应的结论。 FPSO生活楼端壁夹层板结构设计及抗爆性能ABAQUS仿真(3):http://www.youerw.com/jixie/lunwen_203561.html