(4)Comparing and analyzing results from numerical simulation and experiment, the reliability of the numerical simulation analysis technology has been verified. At the same time, the result obtained from analytical calculation and numerical simulation has been compared, and the analytical correction method has been determined, which become verification of the reliability of analytical method.

Key words: Jack-up platform; tubular K joints; impact drop test; analytical method; numerical simulation

第一章  绪论 1

1.1 深海自升式海洋平台的研究背景及意义 1

1.2 深海自升式海洋平台的碰撞研究现状 2

1.3 本文的主要研究内容 5

第二章  塑性力学基本理论和有限元仿真理论基础 6

2.1 引言 6

2.2 塑性力学基本原理 6

2.2.1 塑性力学简介 6

2.2.2 上下限定理和虚功原理 7

2.3 有限元基本理论 8

2.3.1 有限元法的发展 8

2.3.2 非线性有限元分析 9

2.4 ABAQUS软件介绍 10

2.5 本章小结 11

第三章  K型管节点落锤冲击实验和解析分析 12

3.1 引言 12

3.2 K型管节点落锤冲击实验 12

3.2.1 试验装置 12

3.2.2 试验设计 14

3.2.3 试验结果分析 16

3.3 K型管节点的解析分析法 20

3.3.1 塑性铰的概念 20

3.3.2 弦管的解析分析法 21

3.3.3 斜撑管的解析分析法 31

3.4 本章小结 32

第四章  K型管节点数值仿真分析 33

4.1 引言 33

4.2 数值仿真模型 33

4.2.1 模型尺寸 33

4.2.2 数值模拟结果和试验结果的对比分析 35

4.2.3 冲击参数对K管结构性能的影响 39

4.2.4 数值模拟结果和解析结果的对比分析 40

4.3 本章小结 43

总结与展望 44

致谢 46

参考文献 47

第一章  绪论

1.1 研究背景及意义

随着人们对石油、天然气的需求越来越多，陆地上的资源已经远远不能满足，人们便开始将目光投向海洋，而各类在海洋搜寻油气的勘探工作和海底油气资源的开发都离不开海洋平台的帮助。近年来，海洋开发事业的快速发展使得海洋平台得到了广泛的应用。一般来说，海洋平台可以分为固定式和移动式，而自升式海洋平台则是属于移动式里的一种，其由于较好的可移动性而具有相当大的优势，目前在役数量最多。与此同时，因为自升式海洋平台可以当作钻井、修井和生产平台，已逐渐成为船舶与海洋工程界研究的热点。截止2007年底，全球钻井装备在手订单为130座，其中自升式钻井平台65座[ ]。另外，截止2009年，世界海洋钻井设备（包括钻井、油气以及钻井综合平台）共有428座，占总规模的66%。其中，自升式海洋平台中有35座在钻井使用，使用效率为82.39%，在手订单有77座。可见，自升式海洋平台对海洋工程的发展起着举足轻重的作用。世界上第一座自升式海洋平台“天蝎号”诞生于20世纪50年代，并且在墨西哥湾钻探了第一口井。我国的第一座自升式海洋平台是“渤海”1号，由七0八所设计，于 1972年由大连造船厂建成交付使用。世界上最大的作业水深是168m，是由墨西哥湾的Rowan“Bob Palmer”号创造的。国内最大的作业水深91.4m，该自升式海洋平台是大连重工设计建造的中石油DSJ300-1型。国外在深水自升式钻井平台设计与建造方面起步比较早。截至2009年3月，总计已建200余座深水桁架腿自升式钻井平台，另有58座在建中[ ]。目前在建的中深水桁架腿自升式钻井平台主要由Friede&Goldman、GUSTOMSC、KEPPEL、PPL和LeTourneau等公司和船厂设计。这些公司和船厂具有丰富的设计和建造经验，产品经过时间检验后保证了良好的品质。自升式钻井平台主要由平台主体、桩腿、升降系统、钻井装置等组成。其中,桩腿对自升式钻井平台相当重要，它是自升式平台的立柱，除了起支持作用外，还引导着平台的升降，桩腿数一般是在3柱到14柱不等，但大多数情况下，采用三柱式，同时还要承受各种环境外力的作用。桩腿的形式有三角桁架形、箱形和圆柱形等，且桩腿大多采用由弦杆、水平撑杆和斜撑杆组成的桁架结构来减少波浪对其的冲击。目前，桁架式桩腿支撑管型式有K型、X型和倒K型，其中K型的管节点十分普遍。