自升式平台桩靴强度校核
摘 要摘 要本文以自升式海洋平台为背景，研究在一般工况下自升式平台的桩靴强度以及进行校核。根据自升式海洋平台的特点，进行桩靴的研究和模型的建立，然后对所建模型的进行计算，最后利用强度理论，对自升式平台桩靴结构的强度进行分析，完成桩靴强度的校核。本文的研究内容及步骤：（1）掌握有限元的基本方法及结构极限强度的相关理论。（2）学习有限元软件PATRAN，并掌握其分析方法。（3）通过学习PATRAN软件来建立自升式平台的桩靴模型，并且计算桩靴模型。（4）利用强度理论，对自升式平台桩靴结构的强度进行分析。关键词：有限元；自升式平台；桩靴；强度校核；目 录
第一章 绪论 4
1.1 课题研究背景和意义 4
1.2自升式海洋平台简介 5
1.2.1自升式海洋平台概况 5
1.2.2平台结构型式及特点 6
1.3国内外研究历史和现状 10
1.4本文主要研究工作 11
1.5 本章小结 11
第二章 有限元思想以及求解的过程 13
2.1有限元基本思想及求解过程 13
2.2平台主尺度和性能 14
2.3 本章小结 14
第三章 建立桩靴的有限元模型 15
3.1 有限元软件PATRAN 15
3.2建立桩靴模型 15
3.3桩靴的有限元建模 16
3.4模型的网格划分 22
3.5 本章小结 22
第四章 桩靴强度的计算以及校核 24
4.1桩靴的强度计算 24
4.2桩靴的强度分析 24
4.3 本章小结 24
结论与展望 26
结论 26
展望 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录 31
第一章 绪论
课题研究背景和意义
在21世纪，能源的迅速枯竭成为了全世界不得不面对的巨大问题，而实现社会经济的可持续发展则是解决这一问题的最长久的方法，新能源的开发却是最直接也是最有效的方法。世界经济在稳定的增长，带来的却是能源的捉
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26
展望 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录 31
第一章 绪论
课题研究背景和意义
在21世纪，能源的迅速枯竭成为了全世界不得不面对的巨大问题，而实现社会经济的可持续发展则是解决这一问题的最长久的方法，新能源的开发却是最直接也是最有效的方法。世界经济在稳定的增长，带来的却是能源的捉襟见肘。我们最要的能源——石油和天然气越来越少，新能源（即风能、太阳能等）却未利用多少。巨大资源被浪费了。
国内的经济迅速的发展，导致的是资源的急剧消耗从而造成供给不足，能源的开发和利用已经迫在眉睫。国内的几大采油油田如渤海的胜利油田、大庆油田等储量都已不足，这些都说明了一件事——陆地上的油气资源现在能够开采的已经不多。因此人们将越来越多的目光转移到海洋中来，把希望寄托在海洋资源中。众所周知地球表面积的70%以上为海洋所覆盖，如此巨大的海洋环境中蕴含的数不清的能源——海底矿产资源，海水资源，海洋能以及海洋生物资源。因此，正确合理的利用海洋中所蕴含的的资源是我们所要做的事，这关乎着我国的能源问题，做好这件事是我们首先要注意的事情。
众所周知，我国是世界第二大石油进口国，虽然我国有世界第二波斯湾——南海，埋藏着300亿吨以上的原油，但是其中的90%未被开采，并且，在水深到达1500米以上的时候，石油和天然气的开采变得越来越难，风险也急剧增加。一直以来人们使用的导管架平台和自升式平台因为技术问题和成本问题变得与深水海洋资源的开发这一目的格格不入。所以，现在世界的研究重点在于如何建造一个能够在深水中开采石油和天然气的平台。现状却是我国的高端技术与世界顶尖国家还有一定的差距。我国在深水油气开发这一方面才刚刚起步，有明显的不足，因此我们需要增加我国的高端技术人才，来加强我国对深水海域的掌控力，对南海等海域的开发、利用和保护。
开发新的石油和天然气是历史的要求，而要做到这点，拥有数不尽资源的海洋则汇聚了人们的目光。人们在建造海上石油钻进平台，探索深海上面的投入越来越多，可见海洋的资源仍十分庞大。而有广阔海岸线的中国则有了巨大的先天优势，中国南海的石油与天然气的储量丰富。要开采这些宝贵的资源，就需要专业的设备了，自升式海洋平台作业稳定，几乎没有大的晃动，因此被全世界的海工企业广泛使用。研究自升式海洋平台则是发展我国石油天然气开采技术的一个大方面。
1.2自升式海洋平台简介
1.2.1自升式海洋平台概况
1951 年，世界上第一座自升式海洋平台开采出了石油，标志着自升式海洋平台进军海洋，由于自升式海洋平台的灵活性和较为广泛的运用方面，获得了世界上大多数海工企业的青睐，开始广泛的使用起自升式海洋平台。到目前为止，世界上大多数的海洋平台都是自升式海洋平台，由此可见自升式海洋平台的稳定性，强大的适用性。世界上使用最多的开采石油和天然气的海洋平台还是自升式海洋平台。到现在，自升式海洋平台已经无法满足各式各样水域的要求了。于是，以自升式海洋平台为基础的多样式的海洋平台应运而生。
自升式海洋平台具有多种特性。它的体积十分庞大，结构较为复杂，是一台精细的机器。也由于它的精细，所以容易被风、浪、流等环境载荷损坏。从第一座自升式海洋平台诞生至今，由于人们经验和认知的不足，海洋平台发生过几起非常重大的事故，对于人们认识和理解海洋造成了巨大的阻碍，延缓了海洋平台的发展。由于海洋平台需要考虑的方面十分多，造成了海洋平台的设计程序繁琐。而海洋工程是近几年兴起的一个工程，相对于其它发展时间较长的工程来说资历尚浅，能够使用和认知的资料较少，因此，我们需要进行详细深入的研究和实验，才能得出较为准确的结论。
自升式海洋平台的构造方面有一个明显的特点是靠桩腿支撑了平台主体平台。稳固的桩腿支撑了自升式海洋平台，只要桩腿长度足够，平台主体就会脱离水面，从而不受到浪、流等载荷的作用。平台主体十分稳固和舒适，相对于半潜式海洋平台和钻井平台，几乎没有什么晃动。因此许多海工企业都选择自升式海洋平台。
发达国家的自升式海洋平台的研究技术相当成熟，比如美国和日本，而与之相比中国的发展就相当缓慢了，尽管我们努力地进行研究与探索，但是奈何起步较晚，远远落后于发达国家。因此，我们需要努力研究，争取早日赶上甚至超过这些发达国家。
自升式海洋平台有许多种称呼：甲板升降式海洋平台和桩腿式海洋平台。从字面上可以看出，这个海洋平台是一种特殊船体，它的平台可以自动升降，是一个灵活性很强的平台。主船体、活动桩腿、开降设施和其他大型机械装置组成了平台主体。在平台主体的各个部分中，主船体一般由漂浮的三角形或矩形平台构成 ，在主船体上面有许多装置。例如动力装置 、施工器械 、起重设备相关装置 ，在主船体中还有居住室 。桩腿是自升式海洋平台的重要组成部分，现在通过桩腿的升降来移动平台，桩腿于平台主体连接。当自升式海洋平台要进行移动时，靠其它船舶抬起桩腿，到达目标区域的时候，桩腿逐渐靠近底面的时候，对桩靴预压载，使桩靴入泥，等桩靴平衡。当自升式海洋平台作业完成之后，在水面上的平台缓缓下潜，升起桩腿，找到下一个地区进行作业
第一章 绪论 4
1.1 课题研究背景和意义 4
1.2自升式海洋平台简介 5
1.2.1自升式海洋平台概况 5
1.2.2平台结构型式及特点 6
1.3国内外研究历史和现状 10
1.4本文主要研究工作 11
1.5 本章小结 11
第二章 有限元思想以及求解的过程 13
2.1有限元基本思想及求解过程 13
2.2平台主尺度和性能 14
2.3 本章小结 14
第三章 建立桩靴的有限元模型 15
3.1 有限元软件PATRAN 15
3.2建立桩靴模型 15
3.3桩靴的有限元建模 16
3.4模型的网格划分 22
3.5 本章小结 22
第四章 桩靴强度的计算以及校核 24
4.1桩靴的强度计算 24
4.2桩靴的强度分析 24
4.3 本章小结 24
结论与展望 26
结论 26
展望 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录 31
第一章 绪论
课题研究背景和意义
在21世纪，能源的迅速枯竭成为了全世界不得不面对的巨大问题，而实现社会经济的可持续发展则是解决这一问题的最长久的方法，新能源的开发却是最直接也是最有效的方法。世界经济在稳定的增长，带来的却是能源的捉
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
26
展望 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
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第一章 绪论
课题研究背景和意义
在21世纪，能源的迅速枯竭成为了全世界不得不面对的巨大问题，而实现社会经济的可持续发展则是解决这一问题的最长久的方法，新能源的开发却是最直接也是最有效的方法。世界经济在稳定的增长，带来的却是能源的捉襟见肘。我们最要的能源——石油和天然气越来越少，新能源（即风能、太阳能等）却未利用多少。巨大资源被浪费了。
国内的经济迅速的发展，导致的是资源的急剧消耗从而造成供给不足，能源的开发和利用已经迫在眉睫。国内的几大采油油田如渤海的胜利油田、大庆油田等储量都已不足，这些都说明了一件事——陆地上的油气资源现在能够开采的已经不多。因此人们将越来越多的目光转移到海洋中来，把希望寄托在海洋资源中。众所周知地球表面积的70%以上为海洋所覆盖，如此巨大的海洋环境中蕴含的数不清的能源——海底矿产资源，海水资源，海洋能以及海洋生物资源。因此，正确合理的利用海洋中所蕴含的的资源是我们所要做的事，这关乎着我国的能源问题，做好这件事是我们首先要注意的事情。
众所周知，我国是世界第二大石油进口国，虽然我国有世界第二波斯湾——南海，埋藏着300亿吨以上的原油，但是其中的90%未被开采，并且，在水深到达1500米以上的时候，石油和天然气的开采变得越来越难，风险也急剧增加。一直以来人们使用的导管架平台和自升式平台因为技术问题和成本问题变得与深水海洋资源的开发这一目的格格不入。所以，现在世界的研究重点在于如何建造一个能够在深水中开采石油和天然气的平台。现状却是我国的高端技术与世界顶尖国家还有一定的差距。我国在深水油气开发这一方面才刚刚起步，有明显的不足，因此我们需要增加我国的高端技术人才，来加强我国对深水海域的掌控力，对南海等海域的开发、利用和保护。
开发新的石油和天然气是历史的要求，而要做到这点，拥有数不尽资源的海洋则汇聚了人们的目光。人们在建造海上石油钻进平台，探索深海上面的投入越来越多，可见海洋的资源仍十分庞大。而有广阔海岸线的中国则有了巨大的先天优势，中国南海的石油与天然气的储量丰富。要开采这些宝贵的资源，就需要专业的设备了，自升式海洋平台作业稳定，几乎没有大的晃动，因此被全世界的海工企业广泛使用。研究自升式海洋平台则是发展我国石油天然气开采技术的一个大方面。
1.2自升式海洋平台简介
1.2.1自升式海洋平台概况
1951 年，世界上第一座自升式海洋平台开采出了石油，标志着自升式海洋平台进军海洋，由于自升式海洋平台的灵活性和较为广泛的运用方面，获得了世界上大多数海工企业的青睐，开始广泛的使用起自升式海洋平台。到目前为止，世界上大多数的海洋平台都是自升式海洋平台，由此可见自升式海洋平台的稳定性，强大的适用性。世界上使用最多的开采石油和天然气的海洋平台还是自升式海洋平台。到现在，自升式海洋平台已经无法满足各式各样水域的要求了。于是，以自升式海洋平台为基础的多样式的海洋平台应运而生。
自升式海洋平台具有多种特性。它的体积十分庞大，结构较为复杂，是一台精细的机器。也由于它的精细，所以容易被风、浪、流等环境载荷损坏。从第一座自升式海洋平台诞生至今，由于人们经验和认知的不足，海洋平台发生过几起非常重大的事故，对于人们认识和理解海洋造成了巨大的阻碍，延缓了海洋平台的发展。由于海洋平台需要考虑的方面十分多，造成了海洋平台的设计程序繁琐。而海洋工程是近几年兴起的一个工程，相对于其它发展时间较长的工程来说资历尚浅，能够使用和认知的资料较少，因此，我们需要进行详细深入的研究和实验，才能得出较为准确的结论。
自升式海洋平台的构造方面有一个明显的特点是靠桩腿支撑了平台主体平台。稳固的桩腿支撑了自升式海洋平台，只要桩腿长度足够，平台主体就会脱离水面，从而不受到浪、流等载荷的作用。平台主体十分稳固和舒适，相对于半潜式海洋平台和钻井平台，几乎没有什么晃动。因此许多海工企业都选择自升式海洋平台。
发达国家的自升式海洋平台的研究技术相当成熟，比如美国和日本，而与之相比中国的发展就相当缓慢了，尽管我们努力地进行研究与探索，但是奈何起步较晚，远远落后于发达国家。因此，我们需要努力研究，争取早日赶上甚至超过这些发达国家。
自升式海洋平台有许多种称呼：甲板升降式海洋平台和桩腿式海洋平台。从字面上可以看出，这个海洋平台是一种特殊船体，它的平台可以自动升降，是一个灵活性很强的平台。主船体、活动桩腿、开降设施和其他大型机械装置组成了平台主体。在平台主体的各个部分中，主船体一般由漂浮的三角形或矩形平台构成 ，在主船体上面有许多装置。例如动力装置 、施工器械 、起重设备相关装置 ，在主船体中还有居住室 。桩腿是自升式海洋平台的重要组成部分，现在通过桩腿的升降来移动平台，桩腿于平台主体连接。当自升式海洋平台要进行移动时，靠其它船舶抬起桩腿，到达目标区域的时候，桩腿逐渐靠近底面的时候，对桩靴预压载，使桩靴入泥，等桩靴平衡。当自升式海洋平台作业完成之后，在水面上的平台缓缓下潜，升起桩腿，找到下一个地区进行作业
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