结论 21

参考文献 21

致谢 21

第一章绪论

1。1 研究背景与意义

海洋平台是勘探海洋能源的主要作业基地，由于自升式平台定位能力强、 作业稳定性好，其在海洋资源开采勘探中的运用越来越广泛，成为众多平台中的主力军[1]。与陆地上的油气勘探设备相比，海洋平台及其配套设备体积更为庞大、成本更为昂贵、建造更为复杂，海洋平台长期在海上工作，面对恶劣海况，灾害性事故时有发生[2]。引起事故的主要原因是风暴和船舶的碰撞，以往的研究侧重于对单根圆管的性能研究，对管节点在冲击载荷作用下的研究较少。由于撞击经常涉及几何非线性，材料非线性及局部变形和整体结构弯曲变形的耦合作用，使得很难有一个简单的力学模型对这一过程进行准确的描述[3]。本文以自升式海洋平台直管和K型管节点结构为研究对象，应用相似理论，对冲击问题进行讨论。论文网

碰撞问题是目前研究自升式平台结构设计领域的重要问题，由于平台多为大尺寸、大结构，开展实船碰撞问题耗资巨大。因此，数值仿真技术成为研究这种问题的主要方法。但是，模型简化和网格密度的划分，也给研究对象造成了各种精度失真，对分析带来了难度[4]。试验研究工作的开展，虽然耗资比较大，但其为比例模型的修正提供了重要参数，所以成为提高数值仿真计算精度和有效性的重要手段。因此，比例模型试验成为现实条件下的首选。一般情况下，如果材料是率相关的，那么材料的性质将受到应变率的影响，过大的相似比，必然过分的放大结果误差，从而加大问题分析难度[4]，所以模型缩尺应控制在合理的范围内。

数值仿真技术的可验证性有一定的难度，为了定量评估实尺结构碰撞特性，本文先讨论局部结构模型试验、局部结构模型仿真，然后结合试验结果，初步提出自升式平台的方案设计[5]。其中，局部结构模型试验与实尺结构存在碰撞的模型相似律问题，并且局部模型的仿真分析结果可以通过试验工作加以验证，不仅包含模型相似率的问题，还包含了网格密度的相似率问题。

为此需要进行比例模型试验，正确地运用相似理论，可以更科学地进行实验，减少试验和计算次数；以各种级别的简单模拟试验揭示复杂科技现象中的现象机理，降低研制成本，缩短研制周期[5]。

相似理论最重要的应用方面是各种模型化实验的布局。目前在我国，模型化试验已经在各个科研领域得到较好的发展和应用，作为一种重要的研究手段，模型化试验可以不受自然条件和外界条件的限制，从而严格控制试验对象的主要参量保持稳定，使得结果准确可靠，便于发现和把握自然状态下无法得到的现象本质和内在的联系[5]。同时，模型试验也可被用于校验由原型试验得出的结论的正确性。

海洋平台结构尺寸很大，如果进行实尺碰撞试验研究，则耗资巨大不易开展，所以以往很少有机构对其进行试验。但是随着数值模拟软件的发展，对于实尺结构碰撞问题，提供了新思路，尽管其可靠性有待研究。为此，按照一定的形似比例，进行比例模型的碰撞试验使得简化解析算法及数值仿真计算成为可能，也能够在一定程度上较好的反应分析结构的碰撞问题。

1。2 国内外研究现状

1。2。1 相似理论的研究现状

1。2。2 有限元数值模拟的发展

科学技术的发展，使得计算机也随之不断进步，其硬件不断提高，有限元算法也日益完善，有限元计算也已经成为研究模型试验不可或缺的技术手段[8]。通过有限元数值模拟，不仅可以反映试验中难以测得的试验数据，还能得到每一时刻、每一部位的结构响应，为研究工作提供第一手数据和直观图像。