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海洋平台结构在冲击载荷的作用下，通常其碰撞过程时间很短，并伴随复杂的强非线性动态响应。在局部碰撞区域，力学性能很快地超越弹性阶段并进入塑性流动阶段，进而出现屈服、撕裂等多种形态的破坏和失效。海洋平台是由钢铁焊接的水中复杂结构物，结构庞杂，构件复杂，并且处于流态复杂的流体中，使得其与船舶的碰撞问题比陆地上的结构碰撞更为复杂。因此，如果要对其建立一精确的数学模型并获得碰撞问题解析几乎是不可能的。除了对其进行高度的简化计算，有限元数值模拟便成为目前唯一有效的计算手段。在强大的硬件支持下，一些优秀的软件可用于结构碰撞分析。于是，如何准确建立准确又高效的海洋平台碰撞计算模型成为进行数值仿真的关键一步。一个正确的平台计算模型，必须正确表达平台直接碰撞区结构特征和撞击体的刚度、质量特性。目前我国的海洋油气开采业发展迅猛，海洋平台的数量也逐年攀升，不少学者将研究的重点逐渐向平台耐撞性分析靠拢。金伟良已经采用非线性弹簧变形，来模拟受件受损的凹陷特性，由此得出受侧向载荷作用下导管架平台的动态响应过程[12]。在结构损伤方面，哈尔滨工程大学林一针对自升式海洋平台，开展平台风险评估，进行平台安全性研究[13]。

1。2。3 船舶-海洋平台局部碰撞试验技术研究现状文献综述

1。3 研究内容

本论文以深海自升式海洋平台为研究对象，对不同几何缩尺比下的结构受不同比例的冲击载荷进行分析，讨论相似准则问题，并基于对以上问题的讨论，初步提出试验模型方案。具体研究内容如下：

第二章以自升式海洋平台碰撞为背景，讨论了相似理论的发展，并引出对相似理论的新的修正方法，基于相似第二定理，运用量纲分析法，推导碰撞过程中各物理量的相似关系。

第三章结合有限元仿真技术，以平台桩腿典型结构单元为研究对象，简化为直管、K型管节点，建立不同缩尺比下的简化碰撞模型，并建立有限元模型，进行碰撞模型试验的有限元分析，通过比较，验证碰撞模型化技术。

第四章对整体平台碰撞模型进行简化，分析出最佳平台模型简化方法并初步设计了整体平台碰撞模型和约束工装，简要提出试验方案。

第二章 自升式海洋平台碰撞的相似理论分析与推导

2。1 引言

对平台结构的耐撞性分析，最为准确的方法就是能够采取实船碰撞试验，然而由此带来的是巨大的资源耗费，并且受空间限制而难以开展，鉴于此，本文以自升式海洋平台碰撞为背景，把模型按一定比例进行缩尺，以相似第二定理为根据，运用量纲分析法，来推导深海自升式海洋平台局部构件碰撞过程中的各物理量之间的相似关系，为平台整体构件碰撞模型试验的开展和各种试验参数的确定提供重要依据。

2。2 相似理论分析

2。2。1 修正方法

传统的量纲分析法，由于物理量是有量纲的，因此用数学方程来描述任何一个客观规律时，等式两边的量纲必须一致，称为量纲一致原则[16]。但是，由于应变速率对于材料响应的影响，使得原型与模型之间，虽然结构尺度呈比例，载荷冲击也在相应比例下，但两者的表现却不完全呈一定比例。这种比例定律的失效使得通过模型推测原型大结构的性能的做法，受到严重限制。

在应变率影响的修正过程中，初始冲击速度和冲击质量是最关键的因素，以往传统方法是把质量、长度和时间作为基本量纲，由几何缩尺比来表征各物理量。本文使用另一个基于冲击质量、冲击速度和动态应力的无量纲原理，把每个物理量都使用自己的变量来表示，使得相似比取一定范围时缩尺模型可以很好地预测原型的动态响应[9]。利用这一方法，可以很好地分析深海自升式海洋平台局部结构冲击、不同缩尺下的碰撞力、总吸能情况。 (责任编辑：qin)