自升式海洋平臺動力特性分析

李忠義

[摘 要]海洋平臺的主要作用是為海洋的石油勘探工作提供基礎(chǔ)平臺，其發(fā)揮著不可忽視的作用和效果。而各類海洋平臺中自升式海洋平臺占據(jù)著比較重要的地位，從我國的實際情況來分析，我國具有較為遼闊的海域，而自升式海洋平臺因為其便捷的移動性被廣泛的使用。本研究主要分析自升式海洋平臺的動力特性，希望所得結(jié)果可以為相關(guān)領(lǐng)域提供有價值的參考。

[關(guān)鍵詞]自升式；海洋平臺；動力特性

中圖分類號：P731.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）12-0337-01

引言

作為一個資源大國和人口大國，我國經(jīng)濟在近些年來不斷的迅速增長和發(fā)展，其資源的消耗也在不斷的增大。這就使得對于海洋的各項資源的需求性也不斷加大，特別是石油資源，陸地的石油資源的勘探工作基本上已經(jīng)進入了飽和狀態(tài)，所以對于海洋石油資源的開采變成了我國促進自身經(jīng)濟發(fā)展的主要動力來源。而針對于此就需要涉及到對海洋平臺的應(yīng)用，其是海洋相關(guān)活動的主要配合設(shè)備，隨著發(fā)展的速度不斷的加快，其產(chǎn)量也在不斷的增多，那么在這種背景下分析自升式海洋平臺的動力特性就顯得格外的重要。

1.自升式海洋平臺的動力特性分析

1.1 自升式海洋平臺的線性自振特性分析

對自升式海洋平臺的自身特性進行分析，能夠為更好的研究其動力影響提供基礎(chǔ)爆保障。當(dāng)前有資料表明，對于自升式鉆井平臺的自身特點進行分析后發(fā)現(xiàn)對于該平臺的振動分析具有一定的參考價值。而且對海洋平臺進行模態(tài)參數(shù)的識別研究，能夠更好的得出海洋平臺的參數(shù)識別的基本原理，并且可以針對于此進行相關(guān)的模態(tài)參數(shù)識別。而且這得到了平臺的識別結(jié)果，當(dāng)前主要是通過有限元方法的結(jié)果自振特性來進行研究，其關(guān)鍵主要在于建立的模型的準確性。

1.2 自升式海洋平臺的非線性自振特性分析

需要對結(jié)構(gòu)的非線性特性進行考慮，比如說對于結(jié)構(gòu)進行大體位移的特性，土壤結(jié)構(gòu)的耦合效應(yīng)，樁腿以及船體的耦合效應(yīng)等。分析結(jié)構(gòu)的第一階的固有頻率可能會出現(xiàn)較大的變化，而且這種變化和其載荷加在的全過程存在必然的關(guān)系。有學(xué)者通過橫向的一個脈沖載荷對平臺進行激勵，結(jié)果獲得了第一階的振動頻率，并且用它和線性系統(tǒng)的分析結(jié)果做出了比較，最終得出，非線性結(jié)構(gòu)與線性結(jié)構(gòu)在結(jié)果上存在著一定的差異。注重差異主要集中體現(xiàn)在兩個方面，其一是因為加入了軸向載荷而導(dǎo)致了樁腿剛度嚴重減小；其二是和樁土結(jié)合鉸接模型進行比較，非線性模型的剛度相對更大。從理論上來講，非線性結(jié)果并不存在固有的頻率，所以能夠分析出，非線性結(jié)果的自振特性主要和是否能夠確定其與線性結(jié)構(gòu)的差異存在著必然的聯(lián)系。

1.3 自升式海洋平臺的疲勞分析

應(yīng)該對自升式海洋平臺的動力和靜力進行分析，并在其分析的前提下做出對平臺的疲勞分析。所以需要利用有限元分析計算方法對波流載荷相愛的平臺構(gòu)建的效應(yīng)時間歷程進行分析，以便于更好的對品臺的構(gòu)件的疲勞效應(yīng)范圍和循環(huán)次數(shù)進行計算。能夠從中將平臺的構(gòu)建的結(jié)構(gòu)損傷以及疲勞壽命計算出來。當(dāng)平臺應(yīng)力在波流載荷之下時，其不具有周期性的等幅循環(huán)應(yīng)力，因此需要循環(huán)計數(shù)應(yīng)力的時間歷程。在此可以通過采用雨流計數(shù)法離來對應(yīng)力循環(huán)技術(shù)進行技術(shù)。當(dāng)技術(shù)平臺的構(gòu)建出現(xiàn)疲勞損傷之時，可以作出假設(shè)。其疲勞損傷符合線性累積疲勞損傷理論，也就是當(dāng)=1的時候，其結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)損壞。而在這個式子中，p所代表的是疲勞的可靠度，而k代表的是塊譜數(shù)，Npi就是在可靠度P下應(yīng)力是在應(yīng)力Si下所對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)、那么ni則是在應(yīng)力Si下的實際循環(huán)次數(shù)。

2.自升式海洋平臺在當(dāng)前的動力研究特點以及展望

2.1 自升式海洋平臺在當(dāng)前的動力研究特點

通過上面對自升式海洋平臺的動力特性的分析，以及對其振動相應(yīng)的分析和歸納能夠得出，當(dāng)前國內(nèi)外有很多研究開始對自升式海洋平臺進行了一些列的研究工作。其中也涉及到了關(guān)于頻域和時域的方法，通過對其波浪載荷、結(jié)構(gòu)以及動態(tài)線性和非線性的效應(yīng)分析，以及對二維和三維的有限元和隨機動力相應(yīng)的概率特性的分析等都能夠得出，自升式海洋平臺的動力特點研究在當(dāng)前已經(jīng)是一門較為重要的工作。而且通過上述分析研究能夠為其實際的工程指導(dǎo)提供必要的指導(dǎo)意義。通過對振動效應(yīng)的分析，其主要能夠?qū)姸鹊挠嬎惴治龊桶踩O(shè)計進行精確，可以有效的將動態(tài)的效應(yīng)降低到最小的程度，以便于更好的確保海洋平臺在不同的工作環(huán)境下能夠更好的運轉(zhuǎn)和工作。同時也能夠為日后的海洋平臺動態(tài)響應(yīng)提供幫助。

2.2 自升式海洋平臺的動力特點研究展望

從當(dāng)前情況來分析，在以后可能會涉及到關(guān)于動態(tài)放大因子的研究工作。因為動態(tài)放大因子預(yù)估可以有效的對振動影響進行分析。之后可以通過對時域和頻域等對動態(tài)放大因子進行比較，進而對其計算后的深層次分析結(jié)果進行精確。比如說對于動態(tài)的疲勞進行分析的時候，就能夠通過專門針對動態(tài)疲勞放大因子的研究進行分析，通過對動態(tài)放大因子的研究，能夠更加有效的提升海洋平臺的輕度，也能夠延長其疲勞的壽命。在特定的條件下，當(dāng)海風(fēng)或者海流通過結(jié)構(gòu)物的時候可能會產(chǎn)生渦街，這樣容易在海洋結(jié)構(gòu)物上面生成一種交變力。這能夠?qū)е陆Y(jié)構(gòu)的渦激振動發(fā)生損壞，分析當(dāng)前的一些資料，很多文獻中僅僅只是給出了在單杠件上產(chǎn)生渦街的公式，而其它眾多組件中是否會產(chǎn)生渦街卻并沒有詳細的說明。日后也可能會出現(xiàn)對各種工況的分析出現(xiàn)，當(dāng)前存在著大規(guī)模的基于平臺站的工況進行分析的情況存在，但是在拖航或是抬升等方面的分析或研究卻相對來說較少，所以這種情況下很容易導(dǎo)致平臺出現(xiàn)破壞，比如說在抬升工況下，其齒輪系統(tǒng)的承載力很可能會發(fā)生變故，或是在拖航的工況下，其樁腿的強度與穩(wěn)定性也存在著一定的問題。分析振動的抑制，在如隨機波浪載荷等環(huán)境載荷下所產(chǎn)生的振動，其大部分都會局限于系統(tǒng)的固有頻率或系統(tǒng)的載荷峰值頻率附近，所以基于此對于結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)做出相應(yīng)的主動、被控制分析，能夠?qū)Ｑ笃脚_的安全設(shè)計進一步奠定堅實的基礎(chǔ)。從實驗技術(shù)的測量來說，雖然存在著很大的難度，而且對于實際平臺振動相應(yīng)的測量在方法上也有待強化，但是通過準確的測量可以有效的對其理論模型的建模以及計算方法進行更新個改善。

3.結(jié)語

本研究主要分析自升式海洋平臺動力的特性，文中主要從線性自振特性、非線性自振特性、平臺的疲勞等方面做出了首先的分析。同時也就自升式海洋平臺的動力研究特點和展望等進行分析。筆者認為合理的分析自升式海洋平臺的動力特性，能夠為我國海洋平臺的建設(shè)和發(fā)展提供資料，同時也能夠促進我國海洋勘探事業(yè)的進步，因此需要積極的進行研究。

參考文獻

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