海洋平台防爆墙结构形式数值模拟研究(附件)【字数：13727】
摘 要摘 要海洋平台在海上运作时会遇到许多的意外情况，而爆炸就是其中之一，导致爆炸的因素可能有许多种，如油气泄漏，设备损坏，结构破坏碰撞等，虽然发生的概率很小，但一旦发生，对海洋平台整体结构，平台上的各种设备以及平台上工作人员的生命安全都有可能是致命的。因此，在海洋平台的设计建造中，研究人员不得不考虑这个问题，预先设计相应的防爆措施能够有效降低爆炸对海洋平台带来的损害。本文主要针对海洋平台防爆墙的设计建造进行了研究，本次研究中论证了空中爆炸理论与MSC.DYTRAN软件，论证了建立有限元模型数值模拟海洋平台防爆墙结构在爆炸冲击波载荷作用的动态响应分析的可行性。根据相关规范，使用MSC.PATRAN软件建立了海洋平台防爆墙的简化模型，运用等效TNT炸药的方法模拟了所选取的理想爆炸源，加入了运用欧拉网格模拟的空气域，详细陈述了海洋平台防爆墙的设计及规格尺寸，分析方法，载荷施加和受力情况。通过设计槽型舱壁作为防爆墙的设备舱室与使用普通平板舱壁未增设防爆设施的设备舱室进行对比，直观分析研究槽型舱壁的抗爆性能。关键词海洋平台防爆墙；MSC.DYTRAN；空中爆炸理论；有限元方法
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文主要研究内容 4
第二章 空中爆炸冲击波理论及数值仿真方法研究 5
2.1 引言 5
2.2 空中爆炸冲击波理论 5
2.2.1 冲击波的形成 5
2.2.2 冲击波的基本关系式 5
2.2.3 空中爆炸冲击波的传播规律 7
2.3 MSC.DYTRAN介绍 8
2.3.1 ROE求解方法 8
2.3.2 材料状态方程 9
2.3.3空中爆炸冲击波计算峰值计算 9
2.4 结论 10
第三章 舱壁结构有限元模型 11
3.1引言 11
3.2 防爆墙设计规范 11
3.3 有限元模型 11
3.3.1 槽形防爆舱壁 12
3.3.2 传统平板舱壁 13
3.3.3 加强筋 13< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
br /> 3.4 空气条件 14
3.5 耦合方式 14
3.6 计算工况 15
3.7 边界条件选取 16
3.8 结论 16
第四章 爆炸载荷作用下的槽型舱壁动态响应分析 17
4.1 引言 17
4.2 舱壁结构抗爆性能的评判标准 17
4.2.1 结构变形情况 17
4.2.2 结构吸能情况 17
4.3 槽形板与平板抗爆性能对比 17
4.4 槽型舱室结构模型计算结果分析 25
4.5 舱壁吸能计算结果分析 34
4.6 结论 36
结 论 37
致 谢 38
参考文献 40
第一章 绪论
研究目的及意义
随着全世界经济持续快速发展，化石能源已然成为人类社会生存发展的必需品，作为经济发展社会运作不可或缺的重要资源，从军用国防建设战略储备到民用燃料使用衣食住行，油气资源受到与其价值相对应的极度重视。虽然陆地上已探明的油气资源仍能供给人类社会相当长一段时间的需求，但始终是取之有尽用之有竭，海洋中所蕴藏的丰富的油气资源成为了海洋资源开发中的重点，随着海洋勘探开采装备的不断开发进步，油气开采由近海向深海也在持续推进。在不远的将来，深海油气资源将必然成为各国竞争的重要资源，而海洋平台作为开采海洋油气资源的必要基础性设备，长时间暴露在复杂恶劣的海洋环境中，除了要考虑受到正常的风，浪，流，浮冰的侵蚀损伤，还要考虑到其他如油气泄漏引发火灾爆炸等风险。在远离陆地的深海中发生这样的灾难，自然很难得到及时有效的措施救治。如下表1.1为1980~1988年间，发生在北海的海洋平台事故中，近一半均是由爆炸火灾原因所引起。
表1.1 北海海洋平台事故统计
事故起因
爆炸、火灾
下落载荷
结构破坏
数目
24
7
14
受到其特别的工作对象及工作环境因素影响，极小的疏忽意外都可能引起油气采集贮藏过程中的泄漏甚至是更严重的井喷，这些对远在深海中孤立无援的海洋平台以及工作人员都是灾难性的，其可能造成的经济损失，生命财产威胁以及环境污染都令人难以想象。以下是近年来的重大海洋平台事故案例：
2010年4月20日，英国石油公司所属的“深水地平线”号钻井平台于墨西哥湾发生油气泄漏而爆炸沉没，11名工作人员当场死亡，逾5000万平方公里的海面受到原油污染。（见图1.1）
1988年7月6日，英国西方石油公司所属的“帕尔波阿尔法”号采油平台于北海海域发生天然气泄漏，引起爆炸大火。这场事故中一共167名平台工作人员遇难。在其附近的6座海洋平台全都受到影响而停产，造成巨大的经济损失。（见图1.2）
//
图1.1 “深水地平线”号钻井平台 图1.2 “帕尔波阿尔法”号采油平台
正因考虑到爆炸会对海洋平台产生的严重后果，我们应在设计过程中充分考虑到能最小化爆炸所带来的负面影响的设计结构。本文研究的储油舱室防爆墙旨在尽可能减小舱壁在油气爆炸作用下产生的弹塑性变形程度，以尽量避免影响相邻舱室结构及设备，保障海洋平台整体结构及正常运作，保障平台工作人员的生命安全。
1.2 国内外研究现状
防爆设计是海洋平台设计建造中重要的一环，对保障其稳定结构及生命财产安全意义重大。自上世纪七十年代开始，国外研究人员就开始展开对海洋平台防爆设计的相应研究。在发生过几起重大的海洋平台爆炸事故后，各国建造公司也提升对平台防爆设计的重视，加快研究步伐。在诸多研究措施中，防爆墙的设置建造凸显出强度高，作用有效，成本费用更加低廉的优点，得以在平台防爆设计中普遍应用。而鉴于我国海洋平台研究起步较晚，配套研究设计也自然较国外缓慢许多，但随着国家近年逐渐重视海洋平台结构安全，相关的海洋平台防爆墙研究也在逐步完善进步，安全性作用性更高的防爆墙在平台建造过程中得以应用。
吴迪[1]通过理论分析和数值计算的方法先是研究了非接触爆炸冲击波的产生和传播规律，后又模拟了爆炸时船体结构的动态响应，证明MSC.DYTRAN软件可以实现这些操作并准确得到计算结果。
关胜宇[2]同样通过理论分析和数值计算的方法先是对爆轰波的基本理论进行了研究，后又研究了水下爆炸的气泡脉动现象，并通过LSDYNA软件研究在方位和距离不一致的时候爆炸对结构产生怎样的影响。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文主要研究内容 4
第二章 空中爆炸冲击波理论及数值仿真方法研究 5
2.1 引言 5
2.2 空中爆炸冲击波理论 5
2.2.1 冲击波的形成 5
2.2.2 冲击波的基本关系式 5
2.2.3 空中爆炸冲击波的传播规律 7
2.3 MSC.DYTRAN介绍 8
2.3.1 ROE求解方法 8
2.3.2 材料状态方程 9
2.3.3空中爆炸冲击波计算峰值计算 9
2.4 结论 10
第三章 舱壁结构有限元模型 11
3.1引言 11
3.2 防爆墙设计规范 11
3.3 有限元模型 11
3.3.1 槽形防爆舱壁 12
3.3.2 传统平板舱壁 13
3.3.3 加强筋 13< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
br /> 3.4 空气条件 14
3.5 耦合方式 14
3.6 计算工况 15
3.7 边界条件选取 16
3.8 结论 16
第四章 爆炸载荷作用下的槽型舱壁动态响应分析 17
4.1 引言 17
4.2 舱壁结构抗爆性能的评判标准 17
4.2.1 结构变形情况 17
4.2.2 结构吸能情况 17
4.3 槽形板与平板抗爆性能对比 17
4.4 槽型舱室结构模型计算结果分析 25
4.5 舱壁吸能计算结果分析 34
4.6 结论 36
结 论 37
致 谢 38
参考文献 40
第一章 绪论
研究目的及意义
随着全世界经济持续快速发展，化石能源已然成为人类社会生存发展的必需品，作为经济发展社会运作不可或缺的重要资源，从军用国防建设战略储备到民用燃料使用衣食住行，油气资源受到与其价值相对应的极度重视。虽然陆地上已探明的油气资源仍能供给人类社会相当长一段时间的需求，但始终是取之有尽用之有竭，海洋中所蕴藏的丰富的油气资源成为了海洋资源开发中的重点，随着海洋勘探开采装备的不断开发进步，油气开采由近海向深海也在持续推进。在不远的将来，深海油气资源将必然成为各国竞争的重要资源，而海洋平台作为开采海洋油气资源的必要基础性设备，长时间暴露在复杂恶劣的海洋环境中，除了要考虑受到正常的风，浪，流，浮冰的侵蚀损伤，还要考虑到其他如油气泄漏引发火灾爆炸等风险。在远离陆地的深海中发生这样的灾难，自然很难得到及时有效的措施救治。如下表1.1为1980~1988年间，发生在北海的海洋平台事故中，近一半均是由爆炸火灾原因所引起。
表1.1 北海海洋平台事故统计
事故起因
爆炸、火灾
下落载荷
结构破坏
数目
24
7
14
受到其特别的工作对象及工作环境因素影响，极小的疏忽意外都可能引起油气采集贮藏过程中的泄漏甚至是更严重的井喷，这些对远在深海中孤立无援的海洋平台以及工作人员都是灾难性的，其可能造成的经济损失，生命财产威胁以及环境污染都令人难以想象。以下是近年来的重大海洋平台事故案例：
2010年4月20日，英国石油公司所属的“深水地平线”号钻井平台于墨西哥湾发生油气泄漏而爆炸沉没，11名工作人员当场死亡，逾5000万平方公里的海面受到原油污染。（见图1.1）
1988年7月6日，英国西方石油公司所属的“帕尔波阿尔法”号采油平台于北海海域发生天然气泄漏，引起爆炸大火。这场事故中一共167名平台工作人员遇难。在其附近的6座海洋平台全都受到影响而停产，造成巨大的经济损失。（见图1.2）
//
图1.1 “深水地平线”号钻井平台 图1.2 “帕尔波阿尔法”号采油平台
正因考虑到爆炸会对海洋平台产生的严重后果，我们应在设计过程中充分考虑到能最小化爆炸所带来的负面影响的设计结构。本文研究的储油舱室防爆墙旨在尽可能减小舱壁在油气爆炸作用下产生的弹塑性变形程度，以尽量避免影响相邻舱室结构及设备，保障海洋平台整体结构及正常运作，保障平台工作人员的生命安全。
1.2 国内外研究现状
防爆设计是海洋平台设计建造中重要的一环，对保障其稳定结构及生命财产安全意义重大。自上世纪七十年代开始，国外研究人员就开始展开对海洋平台防爆设计的相应研究。在发生过几起重大的海洋平台爆炸事故后，各国建造公司也提升对平台防爆设计的重视，加快研究步伐。在诸多研究措施中，防爆墙的设置建造凸显出强度高，作用有效，成本费用更加低廉的优点，得以在平台防爆设计中普遍应用。而鉴于我国海洋平台研究起步较晚，配套研究设计也自然较国外缓慢许多，但随着国家近年逐渐重视海洋平台结构安全，相关的海洋平台防爆墙研究也在逐步完善进步，安全性作用性更高的防爆墙在平台建造过程中得以应用。
吴迪[1]通过理论分析和数值计算的方法先是研究了非接触爆炸冲击波的产生和传播规律，后又模拟了爆炸时船体结构的动态响应，证明MSC.DYTRAN软件可以实现这些操作并准确得到计算结果。
关胜宇[2]同样通过理论分析和数值计算的方法先是对爆轰波的基本理论进行了研究，后又研究了水下爆炸的气泡脉动现象，并通过LSDYNA软件研究在方位和距离不一致的时候爆炸对结构产生怎样的影响。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jtgc/cbyhy/4.html
