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自升式钻井平台作为海洋生产中被广泛使用的重要载体,其安全性是大家关注的焦点问题。自升式钻井平台与船舶发生碰撞的事故时常发生,轻则构成局部损伤,重则导致平台倾覆,所以自升式钻井平台与船舶碰撞课题的研究是相当有必要的,不仅能对发生的事故进行损伤评估,而且在平台设计初期也有一定的指导意义。自升式钻井平台与船舶碰撞是一个复杂的系统,最初的经验法和解析法存在很多缺陷,不能满足工程的需要。在计算机技术不断提高的背景下,有限元法已成为研究此类复杂问题的重要工具。因此,本文使用非线性显式分析软件ANSYS/LS-DYNA对自升式钻井平台与船舶碰撞进行数值模拟研究。论文研究的主要内容与工作如下: (1)对海洋结构物与船舶碰撞的研究现状及方法进行归纳总结,重点介绍了解析法理论,并探讨了解析法存在的问题;介绍了有限元方法在研究此类复杂问题的优势,并对本文应用的软件ANSYS/LS-DYNA的理论基础和关键技术进行了阐述。 (2)通过对历史数据进行分析,确定了本文研究中使用的碰撞船的类型以及本文研究的两个典型工况:对心碰撞和非对心碰撞。 (3)由于自升式钻井平台结构和周围环境的复杂性,本文对整个碰撞系统进行了必要的简化。将碰撞中流体作用效果以附加水质量的方式进行考虑;碰撞过程中,塑性变形只发生在碰撞区域,而碰撞区域以外的区域不会发生塑性变形,所以只对碰撞区域进行详细建模,非碰撞区域以简化的梁单元代替;与平台的桩腿相比,船舶的刚性大的多,所以本文将碰撞船考虑成刚体建模;为了验证该简化方法的可行性,通过对建立的两个模型进行对比分析,研究结果表明:使用的简化方法是可行的。 (4)对自升式钻井平台的初始状态进行分析,以求得平台的初始应力,并将结果代入后文研究的计算;对两个典型工况有限元结果进行研究,包括平台整体变形、局部损伤、碰撞力、能量转化和平台的运动等方面,然后对两种典型工况的结果进行对比讨论。 (5)对两个重要参数的影响规律进行研究,通过建立两组有限元模型进行计算,分析每组结果的碰撞力、能量转化和运动等,来研究碰撞初速度和碰撞船质量对碰撞过程的影响规律。