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自升式钻井平台结构的强度分析

发布于:2016-04-20 18:22
强度分析

      自升式钻井平台作为一种可移动的海洋结构物,主要由平台主体、桩腿桩靴、升降机构、钻井结构以及生活设施和大型设备等构成。其主船体能沿支撑于海底的桩腿升至海面以上预定高度进行作业。由于其造价低、定位能力强,在各种海况下基本都能保证平稳的钻井作业等优点。这种平台在海洋石油开发中被广泛应用,在大陆架海域的油气资源勘探开发中居重要地位。以某典型作业析架式桩腿自升式钻井平台钻台结构部分为研究对象。根据美国钢结构技术(AISC)规范要求,利用SACSApp对钻台在正常作业、拖航等工况下进行了强度分析,并用ABAQUSApp进行结果分析对比,对该结构的计算方法和过程进行评估。
      计算模型选取右手坐标系,坐标原点位于钻杆中心(即井心)处。X轴,纵向指向平台舷部为正Y轴,横向指向平台左舷为正Z轴,垂向向上方向为正。利用SACSApp作为分析App,该App可将所有的结构数据:几何形状、构件尺寸、材料特性以及环境条件以文件方式存储,然后求解程序对这些数据进行分析计算,得出最终的求解文件,结果会包含所有节点的位移以及单元内力。参照基本结构图纸,需要对整体钻台结构部分进行合理简化,将图纸中大型析材以梁的形式建出,一些大型设备以及钻杆的中心位置处的梁结构需要真实模拟,如部分小结构(肘板之类)等可相应简略。
      SACS模型的基本材料参数:杨氏模量E=2.1xe11Pa,密度p=7850kg/m3,泊松比u=0.3,主要梁结构材料为EQ47,屈服强度为460MPa,部分工字钢材料是DH36,屈服强度是355MPa。在模型中定义梁截面时,大部分结构的梁截面都是工字钢,可按照实际截面情况定义截面属性。型梁结构每段板厚不尽相同,保守起见可取小板厚值。考虑钻台与其下面的悬臂梁结构的接触约束情况以及钻台的实际工作状态,静载、作业和拖航工况下,4个约束点采取简支约束,在SACSApp中简支边界条件表示见图。
      在对钻台结构强度分析时,应在模型中先定义好所有基本的固定载荷和环境载荷,再按实际计算工况进行相互叠加分析计算。1)结构自重。模型建好以后,App可自行计算结构自重。由于部分结构没有建出,所以此处实际分析计算中考虑了5%的增加量,取重力加速度为9.81m/s。2)设备重量。根据总布置图和重量重心报告,将各设备重量施加在钻台结构相应位置处。3)甲板工作载荷。根据技术规格书,在甲板开放区域施加甲板工作载荷。4)set back区域是指钻台上放置钻杆的地方。根据技术规格书,将给定的重量值施加在setback区域。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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