sesam的自升式平台强度分析与校核
摘 要摘 要我国设计并建造自升式海洋平台已有较长时间，由于其所处的海洋环境相当的复杂，环境载荷尤其是风、浪、流的耦合作用对平台的影响较大，平台整体的受力情况难以准确反映。本文使用有限元软件SESAM对自升式平台进行了模型创建。选用自存工况极端环境条件下，研究了平台所受的最大应力。得到计算结果后，进行分析与校核，看平台是否能承受住自身以及环境载荷的影响。 本文主要的工作内容： （1）本平台使用莫里森方程。波浪理论选择斯托克斯波浪理论。然后对环境参数进行分析。 （2）运用有限元软件SESAM对自升式平台进行建模。 （3）根据自存工况下所受的极端环境条件，分别将重力、风、波浪、海流等载荷组合加在平台上。然后静力分析。在本文中，在风浪流共同作用下，平台甲板与桩腿交界处最受应力最大，平台此时处于最危险状态。 （4）依照《CCS海上移动平台入级与建造规范》进行强度校核。结果表明此平台强度符合《CCS海上移动平台入级与建造规范》要求。 关键词：自升式平台；SESAM软件；静力分析；应力校核 目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状及存在的问题 2
1.3 本论文研究内容和方法 4
1.4 本章小结 5
第二章 环境载荷理论及计算 6
2.1 波浪理论的选择 6
2.2 波浪载荷的计算 7
2.3 风载荷的计算 9
2.4 本章小结 10
第三章 有限元法及SESAM软件 11
3.1 有限元法 11
3.2 SESAM软件 14
3.3 本章小结 17
第四章 建模及加载 18
4.1 自升式平台的参数 18
4.1.1平台主尺度 18
4.1.1.1桩腿长度 20
4.1.1.2 各状态可变载荷 20
4.2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1
3.1 有限元法 11
3.2 SESAM软件 14
3.3 本章小结 17
第四章 建模及加载 18
4.1 自升式平台的参数 18
4.1.1平台主尺度 18
4.1.1.1桩腿长度 20
4.1.1.2 各状态可变载荷 20
4.2 建模 21
4.2.1 所用钢材设定及单元属性设置 21
4.2.2 建立平台模型 21
4.3 平台加载 24
4.3.1 重量载荷 24
4.3.2 边界约束 26
4.3.3 环境载荷 26
4.4 分析设置 33
4.5 本章小结 35
第五章 运行结果分析及校核 36
5.1 运行结果 36
5.2 结果统计及分析 50
5.3 应力校核 51
5.4 本章小结 51
结束语 52
致 谢 53
参 考 文 献 54
绪论
选题目的和意义
21世纪是海洋的世纪，地球上，海洋占地球表面积的三分之二以上。当前，全球油气消耗量正以较快速度增长，而油气储量增长却极其乏力。由于陆地油气储量已经远远不能满足全球油气的消耗要求，而海底却蕴藏着丰富的油气资源，其石油储量占世界石油总储量60%以上，天然气储量约占世界天然气总储量的30%，因此人类不得不将油气资源开发范围延伸到海洋。海洋油气资源基本分布在大陆架，大约占全球海洋油气资源的60%。大陆坡的深水水域油气资源也相当可观，约占全球海洋油气资源的30%。目前勘探仍停留在浅海，但随着勘探技术的发展，勘探将逐渐进入深海。
由于海洋钻井平台的发展日新月异，近海的石油资源已经大多被开采殆尽，石油公司已经把目光更多的放到深海石油的开采上，在地球上的海洋石油天然气资源绝大部分是深埋于深海底部的，因此这也决定了平台作业海域的水深不断提高而作业海域海况变得更加恶劣复杂多变，这也给造船厂带来了更多的机遇与挑战。
目前，全世界众多国家，大大小小五十多个，都对深海的资源进行了勘探。海洋平台为海洋油气资源的开发和利用提供了海上作业与生活的场所。 对海洋工程结构的受力与运动的探究，一直是业内人士认为最基础也是最困难的部分。随着海洋资源的开发活动的不断发展，探索海域的由浅至深，海上平台正面临越来越苛刻的环境条件 。因为作业水深的不断增加，各种海损、海难事故也经常发生。因此，人们对海洋平台的设计和建造也提出了更高、更为苛刻的要求。
海洋平台在作业过程中，会受到各种各样的环境载荷的作用。因此，对平台进行静力分析和结构强度的校核是非常有必要的。通常在设计平台和校核平台强度时，我们要考虑到各种外载荷的作用才能尽可能的保证平台在海上作业时的安全性。通常作用在平台上的载荷主要为风、浪、流，在高纬度地区作业的，比如渤海海域、北极地区等，还要考虑冰载荷。海洋平台种类较多，但无论是固定式平台还是移动式平台，其沉垫和立柱一般都会浸入海水之中，承受相当大的波浪力。因此，波浪力是海洋环境载荷中最主要的力。
自升式钻井平台（又称甲板升降式或桩腿式平台）是由水密箱型平台主体、桩腿和升降系统（位于平台主体内）所组成的，平台能沿桩腿通过升降机构升降。在钻井之前，飘浮在海面之上的平台将桩腿下放并插入海床进行桩腿预压并且抬升平台主体使得平台主体距海面留有一定的安全距离。在工作时，位于平台主体的悬臂梁伸出平台主体并固定位于其上的钻井模块进行钻井；在钻井结束后，平台主体降至海面使得平台主体不借助桩腿的支撑力就能够飘浮在海面之上，拔出桩腿并将桩腿向上提起。此时再用拖轮将飘浮在海面之上的平台拖移到新的井位进行下一次的钻井工作。随着自升式平台设计技术水平的提高，其作业水深不断地增加。自升式钻井平台按照自身动力分类有自航、助航和非自航3种类型，大多数的自升式钻井平台本身不带动力属于非自航。
自升式平台相对于其他平台而言，目前技术较为成熟，其在作业时主要依靠桩腿固定在海底，平台主船体依靠桩腿支撑在海面之上，因此，本课题也将对桩腿的结构受力和强度进行重点分析。
国内外的研究现状及存在问题
我国国内移动式钻采平台的建造始于1970年，如今已总计建造58座，其中尚服役的51座，7座已不再使用。现在，我们的自升式平台，座底式平台的设计，施工能力已经有相当高的水平，对建造平台，船体结构也很丰富的经验。可称得上是FPSO的设计，建造的使用大国。不过纵然我国FPSO的建造数量与设计制造技术水平已处于世界一流行列，但论及其他海洋石油装置，还是离世界先进水平足有20年差距[1]。
在我国沿海水域拥有丰富的石油和天然气储量，主要分布在渤海、黄海、莺歌海和北部湾等地区。而中国南海石油储量更是惊人，达230~300亿吨，也就意味着中国总资源的三分之一集中于此，因此中国南海获得了“第二个中东海湾”的美誉。新一轮投资热潮不断涌向海洋油气开发，更是带动了海洋油气工程设备的发展，在中国这片地大无博，资源如此丰富的沃土上，成就了许多海洋油气开发领域的重大进展。根据海洋油气发展规划的“从近到远”战略，中国的海洋发展在未来10年的石油和天然气领域一步一步转移到东海，南海等深海。随着发展深海步伐的的迈进，深海石油设备投资将继续增长，中国的海洋石油装备的需求和海洋石油工程建造工作量将呈现持续上涨的态势[2]。
IEA机构曾公布一份调查，其认为每个国家的石油储备量需要达到110天。但很无奈的是，我国的石油储备量只有短短30天，远远落后于国际水平[2]。如此严峻的国内外形势，吸引了政府关注的目光，也预示着海洋资源大开发的序幕正在缓缓的拉开，海洋资源的开发正逐渐成为我国能源储备的一种战略性部署：在“十五”期间，国家正式提出要加大天然气石油的勘探力度，力争使国家资源储备更加丰富；而“十二五”规划则明确指出要深入海洋结构物的开采与储备技术，使我国自主开采海洋油气资源的能力逐渐得到提高。我国海岸线十分辽阔，总长有1
第一章 绪论 1
1.1 选题的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状及存在的问题 2
1.3 本论文研究内容和方法 4
1.4 本章小结 5
第二章 环境载荷理论及计算 6
2.1 波浪理论的选择 6
2.2 波浪载荷的计算 7
2.3 风载荷的计算 9
2.4 本章小结 10
第三章 有限元法及SESAM软件 11
3.1 有限元法 11
3.2 SESAM软件 14
3.3 本章小结 17
第四章 建模及加载 18
4.1 自升式平台的参数 18
4.1.1平台主尺度 18
4.1.1.1桩腿长度 20
4.1.1.2 各状态可变载荷 20
4.2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1
3.1 有限元法 11
3.2 SESAM软件 14
3.3 本章小结 17
第四章 建模及加载 18
4.1 自升式平台的参数 18
4.1.1平台主尺度 18
4.1.1.1桩腿长度 20
4.1.1.2 各状态可变载荷 20
4.2 建模 21
4.2.1 所用钢材设定及单元属性设置 21
4.2.2 建立平台模型 21
4.3 平台加载 24
4.3.1 重量载荷 24
4.3.2 边界约束 26
4.3.3 环境载荷 26
4.4 分析设置 33
4.5 本章小结 35
第五章 运行结果分析及校核 36
5.1 运行结果 36
5.2 结果统计及分析 50
5.3 应力校核 51
5.4 本章小结 51
结束语 52
致 谢 53
参 考 文 献 54
绪论
选题目的和意义
21世纪是海洋的世纪，地球上，海洋占地球表面积的三分之二以上。当前，全球油气消耗量正以较快速度增长，而油气储量增长却极其乏力。由于陆地油气储量已经远远不能满足全球油气的消耗要求，而海底却蕴藏着丰富的油气资源，其石油储量占世界石油总储量60%以上，天然气储量约占世界天然气总储量的30%，因此人类不得不将油气资源开发范围延伸到海洋。海洋油气资源基本分布在大陆架，大约占全球海洋油气资源的60%。大陆坡的深水水域油气资源也相当可观，约占全球海洋油气资源的30%。目前勘探仍停留在浅海，但随着勘探技术的发展，勘探将逐渐进入深海。
由于海洋钻井平台的发展日新月异，近海的石油资源已经大多被开采殆尽，石油公司已经把目光更多的放到深海石油的开采上，在地球上的海洋石油天然气资源绝大部分是深埋于深海底部的，因此这也决定了平台作业海域的水深不断提高而作业海域海况变得更加恶劣复杂多变，这也给造船厂带来了更多的机遇与挑战。
目前，全世界众多国家，大大小小五十多个，都对深海的资源进行了勘探。海洋平台为海洋油气资源的开发和利用提供了海上作业与生活的场所。 对海洋工程结构的受力与运动的探究，一直是业内人士认为最基础也是最困难的部分。随着海洋资源的开发活动的不断发展，探索海域的由浅至深，海上平台正面临越来越苛刻的环境条件 。因为作业水深的不断增加，各种海损、海难事故也经常发生。因此，人们对海洋平台的设计和建造也提出了更高、更为苛刻的要求。
海洋平台在作业过程中，会受到各种各样的环境载荷的作用。因此，对平台进行静力分析和结构强度的校核是非常有必要的。通常在设计平台和校核平台强度时，我们要考虑到各种外载荷的作用才能尽可能的保证平台在海上作业时的安全性。通常作用在平台上的载荷主要为风、浪、流，在高纬度地区作业的，比如渤海海域、北极地区等，还要考虑冰载荷。海洋平台种类较多，但无论是固定式平台还是移动式平台，其沉垫和立柱一般都会浸入海水之中，承受相当大的波浪力。因此，波浪力是海洋环境载荷中最主要的力。
自升式钻井平台（又称甲板升降式或桩腿式平台）是由水密箱型平台主体、桩腿和升降系统（位于平台主体内）所组成的，平台能沿桩腿通过升降机构升降。在钻井之前，飘浮在海面之上的平台将桩腿下放并插入海床进行桩腿预压并且抬升平台主体使得平台主体距海面留有一定的安全距离。在工作时，位于平台主体的悬臂梁伸出平台主体并固定位于其上的钻井模块进行钻井；在钻井结束后，平台主体降至海面使得平台主体不借助桩腿的支撑力就能够飘浮在海面之上，拔出桩腿并将桩腿向上提起。此时再用拖轮将飘浮在海面之上的平台拖移到新的井位进行下一次的钻井工作。随着自升式平台设计技术水平的提高，其作业水深不断地增加。自升式钻井平台按照自身动力分类有自航、助航和非自航3种类型，大多数的自升式钻井平台本身不带动力属于非自航。
自升式平台相对于其他平台而言，目前技术较为成熟，其在作业时主要依靠桩腿固定在海底，平台主船体依靠桩腿支撑在海面之上，因此，本课题也将对桩腿的结构受力和强度进行重点分析。
国内外的研究现状及存在问题
我国国内移动式钻采平台的建造始于1970年，如今已总计建造58座，其中尚服役的51座，7座已不再使用。现在，我们的自升式平台，座底式平台的设计，施工能力已经有相当高的水平，对建造平台，船体结构也很丰富的经验。可称得上是FPSO的设计，建造的使用大国。不过纵然我国FPSO的建造数量与设计制造技术水平已处于世界一流行列，但论及其他海洋石油装置，还是离世界先进水平足有20年差距[1]。
在我国沿海水域拥有丰富的石油和天然气储量，主要分布在渤海、黄海、莺歌海和北部湾等地区。而中国南海石油储量更是惊人，达230~300亿吨，也就意味着中国总资源的三分之一集中于此，因此中国南海获得了“第二个中东海湾”的美誉。新一轮投资热潮不断涌向海洋油气开发，更是带动了海洋油气工程设备的发展，在中国这片地大无博，资源如此丰富的沃土上，成就了许多海洋油气开发领域的重大进展。根据海洋油气发展规划的“从近到远”战略，中国的海洋发展在未来10年的石油和天然气领域一步一步转移到东海，南海等深海。随着发展深海步伐的的迈进，深海石油设备投资将继续增长，中国的海洋石油装备的需求和海洋石油工程建造工作量将呈现持续上涨的态势[2]。
IEA机构曾公布一份调查，其认为每个国家的石油储备量需要达到110天。但很无奈的是，我国的石油储备量只有短短30天，远远落后于国际水平[2]。如此严峻的国内外形势，吸引了政府关注的目光，也预示着海洋资源大开发的序幕正在缓缓的拉开，海洋资源的开发正逐渐成为我国能源储备的一种战略性部署：在“十五”期间，国家正式提出要加大天然气石油的勘探力度，力争使国家资源储备更加丰富；而“十二五”规划则明确指出要深入海洋结构物的开采与储备技术，使我国自主开采海洋油气资源的能力逐渐得到提高。我国海岸线十分辽阔，总长有1
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jtgc/cbyhy/461.html
