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海洋平台在建造运营过程中,不可避免地会遭受船舶的撞击。由于海上受损构件的修理较困难且费用很大,因此研究海洋平台结构在船舶碰撞下的损伤及能量吸收机理、评估平台结构的耐撞性能、设计高效合理的结构型式以提高平台的耐撞能力便成为海洋工程中的重要研究课题。
本文主要利用非线性有限元数值仿真方法,对船舶与海洋平台碰撞问题进行了一系列研究。在海洋导管架平台碰撞损伤特性及能量吸收机理研究的基础上,探讨了管节点的加固强化方案。主要研究工作及结论如下:
1、总结了目前船舶与海洋平台碰撞的研究现状和主要分析方法;系统地介绍了数值仿真中所涉及的非线性有限元基本理论和方法。
2、研究了两端固支薄壁钢管在侧向撞击荷载作用下的损伤变形特征、吸能特性,并和实验结果及经验公式进行了比较,同时还分析了几何尺寸对钢管构件耐撞性能的影响。
3、研究了K型节点在撞击荷载作用下的损伤特性,分析了不同参数对节点碰撞损伤的影响。另外针对导管架海洋平台提出一种管节点耐撞结构设计方案,并与现有的管节点加强方案进行比较,研究表明采用加强板方案效果较好。
4、通过对比分析两种碰撞荷载作用情况下QIKOU 18-2平台结构三个不同碰撞位置的结构损伤情况,发现碰撞荷载和碰撞位置对损伤变形的程度、范围、能量吸收及碰撞力都有显著的影响。另外研究发现管接头部位的耐撞击能力在很大程度上决定了平台结构所能承受的撞击荷载大小及构件吸收的能量的大小,故应重视接头部位的研究。
5、通过研究QIKOU 18-2平台双K型节点不同加强方案对海洋平台整体耐撞性能的影响,发现加强个别节点并不能很大程度的改善整个平台的耐撞性能,改善结构的耐撞性能应综合考虑结构的整体耐撞能力。