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江苏科技大学本科生毕业设计(论文)学院船舶与海洋工程专业船舶与海洋工程学生姓名王杰班级学号1040101128指导老师施兴华二零一四年六月江苏科技大学本科生毕业论文半潜式钻井平台甲板结构极限强度分析Ultimate strength analysis of semi-submersible drilling platform deckstructure摘要人们对陆地和近海资源过度开发，导致陆地和近海资源快要枯竭，所以海洋石油的开发必须要从近海向深水地区发展。
随着海洋石油资源开采事业日益发展，半潜式钻井平台在海洋油气开采工作中板眼了越来越重要的角色。
其安全问题也引起了重视，为了确保平台的结构安全，十分有必要对钻井平台进行极限强度分析。
本文的主要研究内容是：对国内外对平台极限强度分析的现状进行了了解，学习了有限元分析的理论知识，阐述了非线性问题的来源以及解决非线性问题的方法，以平台甲板结构为例进行了研究。
本文对ANSYS软件的发展过程以及功能进行了简要的介绍。
本文学习、总结了以前在极限强度方面的理论成果，以半潜式平台甲板结构为研究对象，应用大型有限元软件ANSYS对结构进行建模，对其施加载荷，进行有限元分析，计算出极限强度。
关键词：半潜式平台；甲板；极限强度；ANSYSAbstractPeople overexploited land and offshore resources, which leading to the depletion of onshore and offshore resources soon, so we have to search for resources from offshore to deep water offshore areas. With the exploitation of offshore petroleum resources career growing, semi-submersible drilling platform plays an increasingly important role in the offshore oil and gas exploration work. Its security issue also attracted our attention. For the purpose of ensuring the structural safety of the platform, analyzing the ultimate strength of the drilling platform is becoming more and more necessary.In this article, we can know something about the current situation of the ultimate strength analysis at home and abroad and learn the theoretical knowledge of finite element analysis. The article also describes the nonlinear problem of sources and methods to solve nonlinear problems. We take the platform deck as an example for the study. This particle also introduces the development process and function of the ANSYS software. This article studied and summarized the previous theoretical results in aspects of the ultimate strength. We took the platform deck structure as an example for study. We made a structural model with finite element software ANSYS and analyze its ultimate strength of finite element.Keywords: Semi-submersible drilling platform;Deck ; Ultimate strength; ANSYS目录第一章绪论 (2)1.1 研究背景 (1)1.2 研究的意义 (2)1.3 半潜式平台研究现状 (2)1.4 平台极限强度国内外研究现状 (4)1.5 本文的主要工作 (6)第二章结构极限强度分析 (7)2.1 半潜式平台极限强度计算方法 (7)2.1.1 基本假定 (8)2.1.2 简化逐步破坏分析法计算极限强度过程 (8)2.1.3 半潜式平台极限强度的预判 (9)2.2 有限元分析法 (10)2.2.1 有限元分析法的起源和概述 (10)2.2.2 基础性原理 (11)2.2.3 非线性有限元分析需考虑的问题 (11)2.3 本章小结 (12)第三章 ANSYS软件简介 (13)3.1 ANSYS软件的发展过程 (13)3.2 ANSYS软件的使用环境 (13)3.2 ANSYS软件的功能 (14)3.3 ANSYS软件的技术特点 (14)3.4 ANSYS软件的非线性有限元分析 (15)第四章平台甲板结构的极限强度分析 (16)4.1 建立模型 (16)4.1.1 模型参数 (17)4.1.2 建立平台甲板模型 (19)4.2 加载计算 (23)4.3 结果分析 (24)总结与展望 (34)致谢 (36)参考文献 (37)第一章绪论1.1 研究背景海洋面积占了地球表面积的很大比例，高达70.9%，海洋的平均深度约为3730米，水深在200—6000米的范围内的海洋高达90%，至今为止，还有大量的海域尚未开发，特别是海洋油气等重要资源。
海洋平台的极限强度分析方法探析1 概述能源是人类社会发展的物质基础。
随着经济的快速发展，石油的需求量日益提高，同时陆地石油不断减少，海洋石油开发成为热点。
平台工作水深不断增加，传统海洋平台运动性能和定位方式难以满足要求。
固定式平台因自重和造价等因素也不能适应深海环境，所以研发新型的适应深海的浮式海洋平台。
分析、设计、制造能适应多种水深、多种工作环境的海洋平台十分必要。
近年来国内外学者对平台的设计研究较多，而对平台的结构强度及可靠性分析不够，而且多数研究仅限于简单板、加筋板或固定式平台结构，对平台结构的复杂的节点结构、关键的横撑构件等极限强度研究不够。
本文将利用船体有限元分析方法，根据相关资料采用大型通用有限元软件对平台的整体结构进行有限元模拟，按照结构的实际情况确定有限元网格的规模和单元的类型，建立结构有限元模型。
2 环境载荷对于工作地点在大海中的海洋石油平台经受的外界环境载荷主要包括风、波浪、海流、冰以及地震海啸等，本文主要考虑风、波浪和海流三大主要环境载荷。
2.1 风载荷海洋结构物设计过程中，风载荷对稳性、定位系统和局部结构强度等的影响必须考虑。
目前工程界对脉动风的描述，一般有稳定部分和变动部分。
海工界经常使用的是NPD谱和API谱。
2.2 海流载荷海流存在于距离海平面的一定深度，因此对于水下构件以及海底构件会产生力的作用，同时影响着平台方位的选择以及船舶靠岸等。
潮汐流和风浪流是海流两种类型，前者是由于天体运动形成的引潮力引起的，后者是由于气象、水文等因素引起的。
余流的主要组成部分是风海流。
对于海洋平台所受的风和流载荷，通常是通过风动试验来取得其载荷的大小。
2.3 波浪载荷海洋结构物在波浪作用下产生的作用效应有：（1）拖曳力作用，这是由于流体不是理想流体而引起的粘滞效应；（2）惯性力作用，这是由于附加质量效应引起的；（3）散射效应，由于入射波受到结构物阻碍引起的；（4）自由表面效应。
结构物界面的特征尺寸和波长是影响波浪载荷对于结构物作用的重要影响因素。
船舶与海洋工程结构极限强度分析汇报人：2024-01-03•船舶与海洋工程结构概述•船舶与海洋工程结构极限强度分析的基本概念目录•船舶与海洋工程结构极限强度的计算•船舶与海洋工程结构极限强度的评估与优化•船舶与海洋工程结构极限强度分析的挑战与展望目录01船舶与海洋工程结构概述船舶与海洋工程结构主要包括船体结构、甲板结构、舱室结构、上层建筑等，每种结构都有其独特的特点和功能。
甲板结构和舱室结构主要承受货物、人员等重量，要求具有足够的承载能力和稳定性。
船体结构是船舶的主体结构，包括船壳和船肋，主要承受船舶的静载和动载，要求具有足够的强度和稳定性。
上层建筑主要用于安装各种设备和容纳人员，要求具有足够的空间和稳定性。
船舶与海洋工程结构的类型和特点船舶与海洋工程结构是实现海洋资源开发和利用的重要基础设施，对于保障国家安全、促进经济发展具有重要意义。
船舶与海洋工程结构的强度和稳定性直接关系到船舶和海洋工程设施的安全性和可靠性，对于保障人员生命安全和货物安全具有重要意义。
船舶与海洋工程结构的建造和维护需要耗费大量的人力和物力，因此合理的结构设计可以降低建造和维护成本，提高经济效益。
船舶与海洋工程结构的重要性船舶与海洋工程结构的发展趋势随着科技的不断进步和人类对海洋资源的不断开发利用，船舶与海洋工程结构的设计和建造技术也在不断发展和完善。
未来船舶与海洋工程结构的发展将更加注重环保、节能和智能化，例如采用新型材料、优化结构设计、提高建造精度等方面。
未来船舶与海洋工程结构的发展将更加注重安全性和可靠性，例如加强结构监测和维护、提高防灾抗灾能力等方面。
02船舶与海洋工程结构极限强度分析的基本概念船舶与海洋工程结构在受到外力作用时所能承受的最大应力值，超过这个应力值结构将发生破坏或失效。
确保船舶与海洋工程结构在各种极端工况下的安全性和可靠性，预防因结构失效而引发的安全事故。
极限强度的定义与意义意义极限强度通过建立结构的平衡方程和应力应变关系，计算出结构的极限承载能力。
海洋导管架平台结构极限强度分析方法徐志毅;陈波;张勇【摘要】HZ26-1 platform is exampled.The selected environmental load depending on China South Sea characteristics,P-Delta effect and professional offshore engineering software SACS are used to analyze the nonlinear failure characteristics of offshore platform structure.The reserve strength coefficient of the jacket can be obtained,which can confirm the safety margin of the platform quantitatively,and make theoretical support for the maintenance of structural integrity.%以HZ26-1平台为例,根据附近海域的特点选定环境载荷,考虑P-Delta效应这一几何非线性因素,利用SACS软件进行计算,分析平台结构的非线性失效特性,得到所分析平台导管架的储备强度系数,可以定量地确认平台的安全余量,为结构完整性的维护做理论支持.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2018(033)001【总页数】6页(P79-84)【关键词】极限强度;导管架平台;SACS软件【作者】徐志毅;陈波;张勇【作者单位】中海石油(中国)有限公司惠州作业公司,深圳 518000;中海石油(中国)有限公司惠州作业公司,深圳 518000;中海石油(中国)有限公司惠州作业公司,深圳518000【正文语种】中文【中图分类】P750 引言自20世纪80年代以来，我国海上石油工业飞速发展，在渤海、东海和南海海域约有近200座固定式导管架平台。
烟台大学硕士学位论文海洋平台T型管节点应力分布研究姓名：张国栋申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：曲淑英;邵永波20080315摘要海洋平台管节点长期承受海洋环境中循环荷载的作用，疲劳破坏是其主要破坏形式之一。
管节点的疲劳寿命通常由S-N曲线方法确定，该方法的使用依赖于对节点应力集中系数和应力分布的准确计算。
本文对T节点在承受轴向荷载，平面内弯曲荷载和平面外弯曲荷载下的应力集中系数进行了数值模拟，并且考虑了焊缝对管节点应力集中系数的影响。
使用三维20结点固体单元对结构进行模拟，因为三维20结点固体单元可以精确的模拟焊缝尺寸的变化，从而能够准确的考虑到焊缝对结构的影响。
在进行数值模拟时，结构的有限元网格采用分区划分的方法。
整个结构根据计算需要划分为不同区域，对每个区域单独地进行网格划分，进而控制网格的质量和精度。
每个区域的网格独立产生后，通过合并形成整个结构的有限元网格。
在此基础上，使用通用的有限元软件ABAQUS分析了典型的T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载下的应力集中系数的大小和分布，总共对816组T节点模型进行了有限元分析，并研究了各几何参数对节点应力集中系数的大小和分布的影响。
在对T节点有限元分析的基础上，分别提出了T节点在轴向、平面内和平面外荷载作用下主管和支管上应力集中系数最大值的参数公式，并对所提参数公式进行误差分析。
在对节点应力集中系数最大值参数公式准确推导的基础上，利用这些公式分布推导出了T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载作用下主管和支管应力集中系数分布的参数公式，并且进行了误差分析。
将本文提出的应力分布参数公式的计算结果与试验结果及已有公式的计算结果进行了比较分析。
通过分析发现本文所提的应力分布参数公式可以对T节点在不同荷载下的应力集中系数分布进行准确的估算。
关键词：T型管节点焊缝模拟几何参数应力集中系数分布公式AbstractFatigue failure is one of the most common failure types for welded tubular joints under cyclic loads in their severe service environment of offshore engineering. Generally, the fatigue life of tubular joints can be estimated by referring to S-N curve method which depends on the accurate prediction of stress concentration factor (SCF) and stress distribution for tubular joints under general load conditions. The parametric equations for the stress distribution are deficient, and all of them were derived from the shell elements so the precision is suspected.In this study ,numerical modeling will be carried out for the analysis of the stress concentration factors of tubular T-joint subjected to axial, in-plane and out-of plan loading, and the effect of the weld on the stress concentration factor of T-joint will be considered. 20-node quadratic solid elements will be used to model the whole structure. Such elements can be used to model the weld accurately. Then the effect of the weld can be considered accordingly. Sub-zone mesh generation method is used in the numerical modeling. The whole structure is divided into several zones. After that, the mesh of each zone is generated separately. This method can control the mesh quality easily. After the mesh of each zone is generated, the mesh of the whole structure can be obtained by merging the mesh of all the zones. Thereafter, the magnitude and the distribution of the stress concentration factors along the weld toe for tubular T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings are analyzed using ABAQUS software. Finally, through the FE analysis of 816 models, the effects of geometrical parameters on the stress concentration factor values and their distribution are investigated.Based on the results of the FE analysis of T-joints, the parametric equations of the maximal SCF of the chord and brace for T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings have been presented. Error analysis of these parametric equations has also been conducted. Then the results of parametric equations of the maximal SCF are used to derive parametric equations of the stress distributions around the weld intersection for T-joints. Comparisons have also been made of the results for the stressdistribution equations with the tested data as well as other previously published equations. Throughout the analysis, it has been found that the proposed parametric equations can provide accurate estimation for the SCF distribution of T-joints in a validity range.Key words:tubular T-joint, weld modeling, geometric parameters,stress concentration factor, SCF distribution equation烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
基于临界距离理论预测T型管节点的疲劳强度贺琦;潘军;唐雪松【摘要】依据已有支管受轴向荷载的T型焊接圆管节点的实验数据,使用ANSYS 进行了有限元分析,并利用临界距离理论的点法和线法,预测了构件的疲劳强度.选取第一主应力点沿其最大梯度方向作为临界距离理论的聚焦路径.研究结果表明:预测的疲劳强度与疲劳强度实测值的误差在20％以内.临界距离理论能够在实验数据不足的情况下对焊接管节点的疲劳性能提供较精确的理论预测,为工程应用提供有价值的参考.【期刊名称】《交通科学与工程》【年(卷),期】2019(035)001【总页数】5页(P61-65)【关键词】临界距离理论;焊接管节点;疲劳强度;有限元分析【作者】贺琦;潘军;唐雪松【作者单位】长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙410114;长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙410114;长沙理工大学土木工程学院,湖南长沙410114【正文语种】中文【中图分类】O346.1管结构广泛应用在海洋平台、桥梁和塔等结构中[1]。
焊接管节点是结构的关键部位，也是结构的薄弱环节。
焊接管节点在焊缝处的结构形式复杂，会产生严重的局部应力集中；载荷作用下，焊接过程中产生的宏观和微观缺陷使其易出现疲劳破坏[2]。
焊接管节点的疲劳问题一直是各国学者研究的热点[3]。
研究焊接管节点的疲劳性能，对高强管结构的安全性具有十分重要的意义。
各国的学者们针对管节点疲劳性能开展了大量的研究工作。
国际管结构协会(CIDECT)发表的空心管结构设计简介中，重点对圆管和矩形管焊接相贯节点疲劳性能设计提供了指南[4]。
国际焊接协会(IIW)对各国研究成果进行了总结，给出焊接管节点疲劳性能评估方法[5]。
此外，美国焊接协会(AWS)和美国石油协会(API)等也开展了一系列的研究，形成了相应的焊接管节点疲劳规范。
在焊接结构的疲劳强度分析过程中，形成了4种不同层次的方法，即：名义应力法、热点应力法、缺口应力法和断裂力学法。
