半潜式钻井平台极限强度及裂纹缺陷评估的分析

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1、复旦大学博士后出站报告摘要半潜式钻井平台是海洋石油开发的关键设施之1平台在加工建造过程中不可避免地存在初始缺陷，在长期的生产过程中在海洋环境载荷作用下极易出现疲劳裂纹裂纹在结构服役过程中对环境载荷作用极为敏感，往往引起应力集电进而促进裂纹扩展直至结构最终失效如何评价现役海洋平台存在的各种裂纹对结构安全的影响一直是学术界面临的一大难题本文以南海五号半潜式平台为研究对象，基于‘合于使用’原则，采用ABAQUS软件，在BS7910等规范的基础上，对含裂纹平台结构进行分析评定，确定裂纹的拒收和接受同时对椭圆形表面裂纹前沿应力强度因子的分布规律，以及在极端环境条件下裂纹的极限尺寸进行研

2、究，为含裂纹平台安全评价提供了一种科学方法。本研究报告以实际工程项目为依托，围绕着半潜式钻井平台的延寿评估，将有限元建模波浪载荷的计算整体结构分析局部应力评估裂纹断裂评价有机结合为一体本研究报告通过了海洋工程的权威机构——挪威船级社DNV的审核。本研究主要工作如下：根据DNV规范，并利用高级有限元软件ABAQUS对南海五号半潜式平台建立了详尽的有限元模型，研究了半潜式钻井平台运动流场非定常扰动势的定解条件，分别引入有限水深和无限水深频域Green函数，应用源汇分布法对三维水动力系数和绕射势进行了求解，研究了半潜式平台运动及波浪载荷的求解方法，并对波浪载荷进行了计算，对平台结构

3、的整体及局部应力状况进行了详细评估。基于‘合于使用’原则，应用断裂力学的理论和方法，开发了含缺陷平台结构ECA(EngineeringCriticalAssessment)评估软件，对探伤发现的裂纹的可接受性进行了EeA评估，得到了裂纹可接受的临界尺寸，解决了大型工程结构裂纹评价的工程问题，具有重要的工程应用价值研究成果不仅可以应用于半潜式平台的裂纹评估，而且可以应用于固定式、自升式平台以及海底管线的裂纹评估。本研究利用ABAQU$软件强大的计算功能并将该软件首次应用于半潜式平台结构的评估，主要解决了如下问题：(1)大型工程结构的整体有限元分析与局部裂纹分析单元尺寸不协调性问

4、题：(2)给定结构形式以及工作条件、裂纹类型、尺寸大小，判断该裂纹是否可接受：(3)给定结构形式、工作条件以及裂纹类型，确定该类裂纹的损伤容限(最大允许尺寸)；(4)船俸表面的脉动压力响应计算中的实际船体的三维效应问题；(5)三维波浪载荷的计算模块与结构有限元模型的协调匹配以及和ABAQUS的接口问题。关键词：ECA评估裂纹有限元半潜式平台波浪载荷ABAQUS复旦大学博士后出站报告ABSTRACTTheSemi-submersibleplatformisoneofthemaininstallationsforoffshoreoildevelopment．Cracksinthe

5、platformareinevitableduetofabricationandenvironmentalloadsSincecracksaresensitivetoenvironmentalloads，theywillinducestressconcentrationandpropagateuntilthestructurefailureTheassessmentoftheinfluenceoftheexistingcracksintheplatformstructureshasbeenanacademicdifficultyfordecadesAsemi—submersi

6、bleplatformservicinginSouthChinaSeaisusedfortheanalysisinthispaper．Basedontheprincipleof“FitForService”andBS7910，thecrackedplatformisassessedandanalyzedbyusingABAQUSfocusingontheacceptanceofthecrackThedistributionofthestressintensityfactoroftheellipticaIsurfacecrackfrontandtheallowablemaxim

7、umdimensionofthecrackarestudiedinthispaperThefocusofthispaperistoprovideamethodforsafetyevaluationofthecrackedplatform．Thefiniteelementmodel．waveloadscalculation，theglobalstressanalysis，localstressandcrackfractureassessmentareintegratedintothelifeevaluat