导管架储油平台自振特性研究

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1、导管架储油平台自振特性研究　　摘要：结合渤海埕北油田的某储油平台的工程实例，利用有限元软件ANSYS建立了导管架储油平台在罐内液体为空罐、半罐和满罐三种工况的有限元模型，分别对三种工况的有限元模型进行自振特性分析，获得三种工况下的频率和振型，并对结果进行对比分析，为导管架储油平台的设计提供参考。Abstract：TheplatformwithstoragetankengineeringexamplesinBohaiChenbeioilfieldreservoirisstudied.Finiteelementmodelforstorageplatformwiththreecasesfore

2、mptytank，halfatankandfulltankareestablishedbyfiniteelementsoftwareANSYS.Thenaturalvibrationcharacteristicsoffiniteelementmodelinthethreeconditionsarestudied.Frequenciesandmodeshapesareobtained，andtheresultsareanalyzed.Itprovidesareferenceforthedesignofjacketplatformwithstoragetank.关键词：导管架储油平台；ANS

3、YS；自振特性Keywords：jacketplatformwithstoragetank；ANSYS；naturalvibrationcharacteristics5中图分类号：P752文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）20-0044-020引言随着海洋油气资源的不断开发，导管架储油平台的应用也越来越广泛。储油平台是海洋平台的一种，由于平台上的储罐及其中液体的存在，使整个储油平台的动力特性不同于一般的导管架海洋平台，储罐内的液体同罐壁之间存在流固耦合作用，当平台受到外部荷载激励的时候，液体的晃动会改变整个平台结构的动力特性[1-3]。本文结合渤海埕北油田的某储油平台

4、的工程实例，利用有限元软件ANSYS分析了导管架储油平台在罐内液体为空罐、半罐和满罐三种工况的动力特性，为导管架储油平台的设计提供参考。1工程概况与有限元模型的建立导管架储油平台由四根导管架柱腿、桩腿、支撑、平台甲板和储油罐等构成。平台总高37.5m，甲板长23.1m、宽22.4m。4根主导管柱腿采用直径1580mm，厚40mm的特种钢管，平面撑杆分为四层，两个平面之间附有斜撑。支撑甲板主梁采用高1000mm工字钢，次梁采用高600mm的工字钢。各节点间均为焊接。甲板上储油罐的尺寸为：罐壁高为12.3m；罐内液体最大允许高度为10.7m；储罐直径为18.9m；罐壁厚为10mm；底板中幅板

5、厚度为10mm；边缘板厚度为12mm。5采用大型有限元软件ANSYS建立导管架储油平台的有限元模型。其中，平台甲板和甲板上的储油罐采用SHELL63单元模拟；支撑甲板的主、次梁采用BEAM188单元模拟；主导管采用PIPE59单元模拟[4-5]；储罐内的液体采用FLUID80单元模拟；考虑罐内液体晃动和罐底和甲板间的作用，用接触单元CONTA173和目标单元TARGE170模拟储罐和平台甲板之间的作用：①罐体与液体接触面之间设置接触对；②罐底与平台甲板接触并在之间设置接触对。空罐、半罐和满罐三种工况下导管架储油平台的有限元模型见图1。2自振特性分析采用子空间迭代法进行动力特性分析，考虑前

6、20阶振型的影响，扩展模态也取20阶。得到三种工况下导管架整体的前3阶频率如表1所示，半罐和满罐工况下罐内液体的前3阶频率如表2所示。从表1和表2可以看出：①液体的晃动频率较低，一般晃动频率集中在0～1Hz之间，高阶频率主要是导管架整体结构的振动频率；②由于液体的存在，使得整个结构的质量增加，而且液体的晃动对储罐壁存在耦合作用，导致满罐的频率大于半罐，半罐的频率大于空罐。图2～图4分别为空罐、半罐和满罐三种工况下导管架整体的前3阶振型，从图中可以看出：①第1阶振型为整体平动，第2阶振型为整体转动，第3阶振型为甲板上储罐的振动；②三种工况下导管架整体振动形式基本一致。5图5和图6分别为半罐

7、和满罐工况下罐内液体的前3阶振型，从图中可以看出：罐内液体的振动呈现典型的梁式振动振型，且半罐和满罐工况下罐内液体的振型基本一致。3结论本文结合渤海埕北油田的某储油平台的工程实例，利用有限元软件ANSYS分析了导管架储油平台在罐内液体为空罐、半罐和满罐三种工况的动力特性，得出以下结论：①液体的晃动频率较低，一般晃动频率集中在0～1Hz之间，高阶频率主要是导管架整体结构的振动频率。②由于液体的存在，使得整个结构的质量增加，而且液体的晃