船舶碰撞作用下深水自升式海洋平台非线性动力响应分析及耐撞系统优化设计

Offshore platforms inevitably encounter various types of collision problems during their service lives. These accidents will induce excessive response of the platform, which will cause a direct impact on the safety and durability of the offshore platform, and even lead to disastrous consequences.With the application of the water depth increases, the flexibility of jackups offshore platforms constantly increase,so in the case of ship collision, jackups are more susceptible to occure serious foundation or structural overall damage. Therefore, this project syncretize the collision dynamics, dynamics and control technology disciplines, to conduct the research on external dynamics of deepwater jackups under ship collision and their crashworthiness optimization design. A kind of caculating method of collision force is established by considering lagging movement effect .Nonlinear wave force are numerically simulated based on the the stokes fifth-order nonlinear wave theory and improved NewWave theory. Furthemore the nonlinear dynamical equations are built with taking into the pile- soil interaction and then put forward a new nonlinear dynamical analysis method. A kind of crashworthiness system is design and its optimization is conducted to effectively reduce the impact dynamical response. Finally, several collision model experiments are conducted to verify the developed theories and the effectiveness of the crashworthiness system.

海洋平台在服役期间不可避免地会遇到各类碰撞问题，这些意外事故会诱发平台过度响应，直接影响海洋平台的安全性和耐久性，甚至引起灾难性的后果。随着应用水深的增加，自升式海洋平台结构柔性不断加大，因此在船舶撞击情况下，自升式海洋平台更易发生严重的基础或者结构整体破坏。因此，本项目通过碰撞动力学、水动力学和控制技术学科的交叉、渗透和融合，针对深水自升式海洋平台的船舶碰撞外部动力学及耐撞系统的优化设计进行深入研究，考虑运动滞后效应建立一种船舶碰撞荷载的计算方法，基于stokes五阶非线性波理论和改进的NewWave理论发展随机波浪载荷的预报方法，同时考虑桩土耦合作用建立平台的非线性动力方程，进而提出一种船舶撞击下自升式海洋平台非线性动力响应计算方法，在此基础上发展一种能够有效减轻撞击动力响应的耐撞系统设计方案和优化设计方法，并通过船舶与海洋平台碰撞模型试验进行验证。

海洋平台在服役期间不可避免地会遇到各类碰撞问题，这些意外事故会诱发平台过度响应，直接影响海洋平台的安全性和耐久性，甚至引起灾难性的后果。随着应用水深的增加，自升式海洋平台结构柔性不断加大，在船舶撞击情况下，自升式海洋平台更易发生严重的基础或者结构整体破坏。本项目建立了考虑材料动态分析的仿真分析技术、适用于深海自升式平台碰撞问题分析的“板-梁耦合”技术以及桩-土耦合技术，考虑非线性波理论建立了完整的自升式海洋平台仿真分析技术；基于塑性力学理论建立了平台管及管节点的碰撞损伤理论预报方法；基于相似第二定理，运用量纲分析法推导得到了碰撞模型试验动态缩尺相似方法；从理论、仿真和试验三方面形成了完善的船舶撞击下自升式海洋平台非线性动力响应计算方法。在此基础上发展一种能够有效减轻撞击动力响应的耐撞系统设计方案和优化设计方法，并通过船舶与海洋平台碰撞模型试验进行验证。综上，本项目的研究为开展自升式海洋平台结构碰撞分析及耐撞优化设计提供了扎实的理论基础、仿真技术和试验手段，同时对于其它船舶与海洋工程装备的碰撞/搁浅事故分析具有重要的参考意义。项目资助发表相关论文21篇，其中SCI检索3篇，EI检索9篇，待发表5篇。培养硕士生4名，其中3名已经取得硕士学位。