海洋立管动态响应及动态可靠度分析

【摘要】我国的海洋油气资源丰富,在环太平洋油气带约有350万平方千米的管辖海域,目前已发现7个大型含油气沉积盆地,已评价证实的油、气田30个,石油资源量8亿多吨,天然气1300多亿立方米。由于我国海洋油气开采起步较晚,经验和技术都比较匮乏,但随着我国经济的不断发展,油气资源需求的不断增加,海洋油气资源必将成为我国油气开发的重点目标。海洋油气资源的采集依赖于海洋石油钻井平台,作为深海油气田开发系统结构的重要组成部分,海洋立管以其全新的形式、动态特性以及高技术含量变得格外引人注目。因此,系统的研究海洋立管在复杂海况下的动态响应问题对于我国海洋油气资源的安全开发是十分有意义的。本文以波浪载荷和地震载荷为例,系统的研究了海洋立管受到的波浪载荷、地震载荷的计算方法,在时域内计算了海洋立管的动态响应,结合格拉玛-沙尔勒叶级数拟合法对海洋立管的响应值的概率密度函数进行拟合,进而分别计算海洋立管在两种载荷下的动力可靠度,本文的具体研究内容如下：我国油气资源的开发以及结构动力响应分析的综述。基于我国对海洋油气资源需求的日益增多,对海洋结构物的安全越发重视的课题背景,系统的研究了海洋立管动力响应、动力可靠度分析,对于海洋油气资源安全开发的意义和必要性。介绍了目前我国海洋资源的分布和开发情况。基于海洋立管位置的不同,介绍了海洋立管的结构和分类,综述了海洋结构物在波浪载荷、地震载荷作用下的动力响应分析国内外的研究现状。对线性波、非线性波、椭圆余弦理论和孤立波四种波浪理论进行了概述,在此基础上得到了作用在海洋立管上面的波浪力的表达式。分别介绍了反应谱法和时程响应分析法,并得到两种计算地震载荷方法中,海洋立管质点受到地震作用的表达式。通过Matlab软件编制了人工生成地震波的程序,该程序可实现不同地震烈度、场地分组下人工地震波加速度时程的计算。基于Stokes5阶波浪理论,结合ANSYS有限元分析软件,对海洋立管进行了3种极端波浪载荷作用下的动态时程响应分析。采用振型分解法与时程响应分析相结合的方法计算了海洋立管在地震载荷作用下的速度、位移、加速度时程响应,并分析了不同烈度、场地分组对于结果的影响。将之前所计算的海洋立管在不同环境下的时程响应结果,进行格拉玛-沙利叶级数拟合,可计算出它们的概率密度分布函数,进而计算出海洋立管的动力可靠性指标和失效概率。
【作者】骆成；
【导师】姜峰；
【作者基本信息】兰州理工大学，化工过程机械，2014，硕士
【关键词】海洋立管；动力响应；波浪载荷；地震载荷；动力可靠度；

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