【正文】 線性損傷理論它是指海洋平臺在循環(huán)載荷作用下，疲勞損傷的程度可以采用線性累加的，不同的應(yīng)力之間存在相互獨立和各不相干的情況，這些不同的應(yīng)力一起累加到損傷達到某一數(shù)值時，海洋平臺的試件或構(gòu)件就發(fā)生 破壞。 第五，在靜應(yīng)力破壞分析時，靜力破壞的的抗力取決于材料的本身，而在疲勞破壞分析時，不但要考慮材料，還要考慮材料的組成、構(gòu)件的形狀、材料的尺寸、材料的表面狀態(tài)以及材料的使用環(huán)境等等。疲勞破壞與靜應(yīng)力破壞他們之間存在很大的差異： 首先，靜力破壞是在靜態(tài)環(huán)境中，海洋環(huán)境一次性最大載荷作用下的破壞；而疲勞破壞是海洋平臺處于海洋環(huán)境中多次重復(fù)性的載荷作用破壞，疲勞破壞是海洋平臺在較長時期的交變應(yīng)力作用的破壞結(jié)果。 設(shè)計原理 海洋工程結(jié)構(gòu)中，尤其是海洋的采油平臺，它的結(jié)構(gòu)都非常的復(fù)雜，無論是固定式平臺結(jié)構(gòu)、活動式平臺結(jié)構(gòu)，還是半固定式平臺，他們都是一個大尺寸的復(fù)雜裝置。海洋平臺防護的方法目前有很多，如堆石、砌石、使用混凝土板、或者用鋼絲籠、或者采用水泥等進行 加固，不過在這些防護方法中，大多數(shù)加固主要是針對防護結(jié)構(gòu)的抗浮、抗傾的穩(wěn)定性角度去分析的，而對于波浪風(fēng)浪的沖擊作用，進行防護的研究很少。 在衰減期間，波浪的形式和狀態(tài)是波動的某種量度。這種特征在風(fēng)浪成長的區(qū)域中更為明顯。 波浪正常情況下都是以周期為基礎(chǔ)來計算的，波浪的大的運動周期分為時間長短不同的小周期，并且一個大周期間又存在的一些小周期，并且小的周期還可以細分成其他的更小的周期，不同的周期時間長短不同，不過都是以一種基本模式運動，這種運動模式就是每個周期都由上升 (或下降 )的 5 個過程以及下降 (或上升 )的 3個過程構(gòu)成，每個過程又稱之為波浪。 波浪能量 波浪能量 E 依賴于周期和波高。質(zhì)量輸送的速度和波速或軌道速度相比很小 ,波浪很小是更是這樣。這是描述波浪的一個重要特征 ,但它對建筑物的作用 ,主要決定于它和波浪周期的關(guān)系。在淺水中波峰變陡 ,而波谷變平 ,波形趨向于余擺線 (余擺線是由一個沿著直線滾動的圓內(nèi)的某點所劃成的曲線 )。對于大于一個自由度的模式，結(jié)構(gòu)物的阻尼是增加的。當(dāng)然，這樣做的缺點是每個點表示一個自由度 ，點越多，自由度越多，因而分析變得更為復(fù)雜并且浪費時間。 一般情況，對任何結(jié)構(gòu)物進行動力分析必須用一個理想模式來表示。外部附連水的質(zhì)量要根據(jù)不同水中的物體的幾何形狀來分別計算。一般地，這是一個相當(dāng)簡單地問題。 實質(zhì)上，這涉及到計算運動方程左邊的結(jié)構(gòu)物的個別系數(shù)，如公式（ 31）。 這種海洋平臺的防護思想對以后的探索也是一個有益的啟示和指引。我們需要明確的看到，海洋的各種外在因素，風(fēng)、海冰、潮汐等都具有不穩(wěn)定性特點，這種不穩(wěn)定性帶給我們的研發(fā)就是一種難以確定性，因此，我們需要在研發(fā)和保護平臺設(shè)計中采取盡可能的滿足不同開采環(huán)境和工作 狀態(tài)的需要。前面我們已經(jīng)提及，海洋平臺的建造不僅僅是一個浩大的工程，還需要耗費高昂的經(jīng)濟代價，如果考慮不全或者保守設(shè)計，很可能造成巨大的浪費。因此它們不僅僅給海洋平臺帶來各種不利因素，同時還影響平臺工作人員的工作效率，還會造成他們的心理陰影。不過和世界先進國家相比，目前還有一定差距，我國的工程技術(shù)人員和科研工作者應(yīng)該不斷努力，為我國的油氣事業(yè)做出更大貢獻。同時還考慮海洋平臺建設(shè)的投資規(guī)模、投資效益和資本回收等經(jīng)驗因素。還有，為了加快海上小型油田的開發(fā)，巴西石油公司還設(shè)計出了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化組裝平臺，這個平臺可在離安裝地點最近的海灣組裝，使用非常方便，受到世界各國的青睞，到 2020 為止，世界上不同的國家已經(jīng)有不同類型的海洋平臺近萬余座。這種平臺一般在 590m水深范圍作業(yè)，最大工作水深達到 130 多米。在這個時期，海洋平臺安裝不斷擴展到更深的范圍，平臺打樁的數(shù)目也不斷減少，施工設(shè)備 不斷完善。 半固定的張力腿式平臺及拉索塔式平臺是兩種適合于大深度海域（ 200 米以上）的平臺結(jié)構(gòu)。這種平臺用料少，工作水深大，適用于大深度水域。（見彩圖 21） 半固定式平臺 張力腿式平臺。 半潛式平臺。樁腿可插入海底，也可在樁腿下面設(shè)置“樁靴”或獨立的小沉墊。向沉 墊內(nèi)灌水，平臺即下沉坐落在海底。當(dāng)基礎(chǔ)兼做儲油罐時，應(yīng)考慮由于內(nèi)外溫差所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。上部結(jié)構(gòu)和腿柱用鋼材建造，沉箱底座用鋼筋混凝土建造，可充分發(fā)揮兩種材料的特性。主要由上部結(jié)構(gòu)、腿柱和基礎(chǔ)三部分組成。 塔架型平臺。并應(yīng)考慮防腐蝕及防海生物附著等問題。平臺甲板的尺寸由使用工藝確定。固定式平臺的下部由樁、擴大基腳或其他構(gòu)造直接支承并固著于海底，按支承情況分為樁基式和重力式兩種。 海洋平臺是海上石油勘探、海上開發(fā)和海上生產(chǎn)的條件，它不同于陸地平臺，有著非常惡劣的環(huán)境，海洋環(huán)境決定了海洋作業(yè)的難度較大，同時海洋作業(yè)的難度也決定了海洋平臺的特點： ； ； ，海洋救援工作難度較大； 。 海洋平臺是我國海洋科技研發(fā)中海洋油氣田開發(fā)的一個基礎(chǔ)設(shè)施之一，海洋平臺主要是運用于海洋石油的勘測和開采海洋結(jié)構(gòu)物 。 理論分析與實例分析相結(jié)合的研究方法。本文首先對海洋防護平臺的相關(guān)理論知識進行分析，接著分析海洋平臺防護系統(tǒng)的原理和關(guān)鍵技術(shù)，最后提出建模實證分析，本文的研究內(nèi)容如下： 第一部分是緒論，主要分析本文研究的背景、研究的現(xiàn)狀、研究的內(nèi)容、研究的方法。而我國的海洋防護平臺有的也出現(xiàn)了先后進入后期服役階段，有的海洋防護平臺是我國從國外購進的退役平臺加以改裝的， 這樣海洋防護平臺的安全和質(zhì)量問題就面臨著很大的風(fēng)險。 通過對于現(xiàn)有文獻的研究，筆者發(fā)現(xiàn)影響海洋平臺安全性的主要是海風(fēng)、海浪、海流、海冰環(huán)境荷載，因此，在下文的研究過程中，本文主要進行海洋工程中的優(yōu)化問題的研究，希望自己可以對這個復(fù)雜的工程出一份力，這是自身能力的發(fā)揮，也是海洋工程結(jié)構(gòu)學(xué)科的發(fā)展和國民經(jīng)濟建設(shè)的實際需要，面對海洋平臺防護這一投資高、風(fēng)險大的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，如何進行優(yōu)化設(shè)計研究，是很多人都該出力奉獻的，以便滿足社會和人類的需求。張志強（ 2020）通過對適用于邊際油田的輕型海洋平臺綜合分析，提供了備選平臺的結(jié)構(gòu)型式，并且在自己的創(chuàng)作中建立了輕型平臺選型優(yōu)化的分析模型，經(jīng)過實踐分析，計算，建立了平臺的最優(yōu)型式。在對于海洋平臺防護結(jié)構(gòu)的應(yīng)力研究上，歐進萍（ 1999）通過整體推進法分析了導(dǎo)管節(jié)平臺的極限承載能力。 Tao xu（ 1997）對于海洋防護工程結(jié)構(gòu)的疲勞強度、疲勞載荷以及疲勞可靠性進行了系統(tǒng)的研究，提出了他們存在的問題。加上海洋平臺結(jié)構(gòu)自身的復(fù)雜性和波浪及冰等環(huán)境載荷的多層因素影響，使得海洋平臺難以有效的控制。 3. 海洋平臺結(jié)構(gòu)系統(tǒng)存在非線性性質(zhì) 海洋平臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜，和他所處的環(huán)境有著直接的關(guān)系，主要表現(xiàn)是：由于海洋地基非線性，造成振動控制設(shè)置阻尼裝置結(jié)構(gòu)也存在非線性，加上強震或強風(fēng)暴等極端荷載作用，讓海洋結(jié)構(gòu)平臺結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極值位移的彈塑性響應(yīng)。而海洋平臺在長期的使用過程中，要面臨惡劣的海洋環(huán)境，這樣就不可避免地會受到風(fēng)、浪、流、潮等自然環(huán)境荷載連續(xù)性、長期性的的受力作用，這些作用就可能會對海洋平臺造成持續(xù)振動損害。 太平洋是多金屬結(jié)核資源最豐富的區(qū)域，勘探程度也最高，其資源量估計也比較詳細。其中，太平洋約 萬億噸，印度洋和大西洋合計約 萬億噸。 關(guān)于海底天然氣儲量，也有不同的預(yù)測。 Protection agencies。通過分析海洋平臺的一些基本的物理性質(zhì)，運用數(shù)學(xué)方法進行建模，分析。 摘 要 海洋平臺結(jié)構(gòu)是目前廣泛用于海上油氣生產(chǎn)和作業(yè)的海上工程結(jié)構(gòu)物之一。根據(jù)不同的海浪力的大小，通過調(diào)節(jié)防護機構(gòu)液壓系統(tǒng)的節(jié)流閥面積的大小，實現(xiàn)控制平臺振動幅度的目的。 draulic system I 目 錄 第 1 章 緒論 1 研究的背景 1 研究的現(xiàn)狀 4 國外研究的現(xiàn)狀 4 國 內(nèi)研究現(xiàn)狀 5 啟示 6 研究的意義 6 研究的內(nèi)容和方法 7 研究的內(nèi)容 7 研究的方法 8 第 2 章 海洋平臺相關(guān)概念概論 9 海洋平臺的定義 9 海洋平臺的分類 10 固定式平臺 10 活動式平臺 12 半固定式平臺 13 海洋平臺的發(fā)展概況 13 國外海洋平臺的發(fā)展 13 國內(nèi)海洋平臺的發(fā)展 15 海洋平臺防護減振的意義 16 第 3 章 海洋平臺防護機構(gòu)相關(guān)原理及關(guān)鍵技術(shù) 18 海洋平臺的物理性質(zhì) 18 引言 18 質(zhì)量 18 集中質(zhì)量 19 阻尼 19 海浪 20 波浪形態(tài) 20 波浪基本特征 20 軌道速度和質(zhì)量輸送 21 波浪能量 21 波浪的描述 21 風(fēng)浪 22 涌 22 設(shè)計原理分析 23 防護板原理 23 設(shè)計原理 23 設(shè)計目標(biāo) 26 第 4 章 海洋平臺防護機構(gòu)的構(gòu)建與建模計算 28 海洋平臺防護機構(gòu)構(gòu)建 28 防 護機構(gòu) 28 液壓系統(tǒng) 29 II 建模計算 30 平臺質(zhì)量和剛度計算 30 海浪作用在平臺上的最大載荷 32 無防護海浪 作用下的平臺振動 34 防護計算 34 液壓系統(tǒng)計算 35 有防護下的振幅計算 36 第 5 章 海洋平臺防護機構(gòu)的計算機仿真分析 37 結(jié) 論與展望 39 致謝 ........................................................... ........... ........... ........... ........... ........... .......40 參考文獻 41 發(fā)表論文 ………………………………………………. ……………… ………… … .44 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 1 第一章 緒論 研究的背景 隨著大陸架淺海石油的勘探和開發(fā)技術(shù)的進步，世界石油開采的重點已由陸地向大陸架轉(zhuǎn)移。據(jù)國際石油天然氣工藝研究所預(yù)計，世界天然氣總儲量為 255280 萬億 m3，其中海洋天然氣儲量為 140 萬億 m3。太平洋多金屬 結(jié)核的富集地帶位于北緯 6176。據(jù)(1965)根據(jù) 54 個測站樣品等資料推算，資源總儲量為 萬億噸。振動的存在，不但加劇了海洋平臺的疲勞破壞速度，也降低了平臺的安 全性和可靠性，同時，由于一些海洋平臺的振動幅度過大，就無法滿足工作人員的基本生活要求。 4. 海洋平臺結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多變性 由于海洋環(huán)境惡劣，海洋平臺上經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備移動，引起的荷載變化，海洋平臺在長期使用過程中也 面臨著腐蝕、疲勞、損傷加上海洋生物的附著等等，使得海洋平臺結(jié)構(gòu)每時每西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 3 刻都在變化。因此，對于海洋平臺控制系統(tǒng)的研究，將有利于延長海洋平臺服役壽命和提高其可靠度，同時也可以設(shè)計新的模型，用來加強或修復(fù)整體性能衰減的海洋結(jié)構(gòu)物。 不過國外的這些理論研究，都是在確定性的條件下進行分析的，這些因素的計算都有確定的數(shù)值支撐。戴大農(nóng)（ 1986）運用三維等參元和三維相對自由度殼元的組合模型和子結(jié)構(gòu) 技術(shù)對海洋平臺管節(jié)點的應(yīng)力進行了有限元分析。 翟剛軍（ 2020）、通過運用多級模糊優(yōu)選的方法對我國近海導(dǎo)管架平臺進行了選型優(yōu)化研究，并且設(shè)計了較為理想的平臺型式。 研究的意義 海洋平臺是海洋石油天然 氣資源開發(fā)的基礎(chǔ)性設(shè)施，是海上生產(chǎn)作業(yè)的生活基地。雖然為了節(jié)約投資，增加經(jīng)濟效益，繼續(xù)使用這些平臺，但是最大的安全問題不得不去考慮。 固定式 海洋平臺防護 方案 的設(shè)計與建模分析 6 第二部分主要概述海洋平臺防護的相關(guān)概念，這部分主要對海洋平臺的定義、海洋平臺的分類、海洋平臺的發(fā)展進程、以及海洋平臺防護減震進行分析，這部分是文章的基礎(chǔ)部分，通過這個部分的分析可以更清楚的認識海洋防 護系統(tǒng)，為下文的研究奠定了基礎(chǔ)。依據(jù)海洋平臺、海浪等基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，結(jié)合海洋平臺的實際需求，進行設(shè)計建模，使文章更有說服力和實踐意義。隨著海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，各種海洋工程設(shè)備的不斷完備，海洋平臺結(jié)構(gòu)的研發(fā)和建設(shè)也被國內(nèi)外科研界和生產(chǎn)界越來越重視。 風(fēng)險大?；顒邮狡脚_浮于水中或支承于海底，能從一井位移至另一井位，接支承情況可分為著底式和浮動式兩類?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)（即下部結(jié)構(gòu)）包括導(dǎo)管架和樁。導(dǎo)管架焊接管結(jié)點的設(shè)計是一個重要問題，有些平臺的失事，常由于管結(jié)點的破壞而引起。另一種適于軟土地基的樁基平臺。基礎(chǔ)分整體式和分離式兩種。以上三種重力式平臺適用于較深海域。平臺要有足夠的整體穩(wěn)定性。把水排出 ,平臺就能浮起，故這種平臺又有沉浮式之稱 ,要求沉得下，坐得穩(wěn)，浮得起。樁腿結(jié)構(gòu)可以是封閉殼體式，也可以是構(gòu)架 式。主要由上部結(jié)構(gòu)、下潛體、立柱及斜撐組成，下潛體有靴式、矩形駁船船體式、條形浮筒式。上部結(jié)構(gòu)是浮體，通過收緊錨固在海底的纜索，使浮體的吃水深度比靜平衡狀態(tài)大一些，浮力大于浮體重力，剩余浮力由纜索的張力來平衡。 各類平臺的適用范圍 :活動式平臺，由于機動性能好 ,故一般均用于鉆井；坐底式平臺特別適合于淺海 (10 米左右及岸邊的潮間區(qū) )油田的鉆井和采油工作； 自升式平臺和半潛式平臺主要是供鉆井之 用，當(dāng)油田的規(guī)模很小而又不宜設(shè)置固定式平臺時，也可做采油用；活動式平臺整體穩(wěn)定性較差，對地基及環(huán)境條件有一定的要求。是近年來發(fā)展起來的新結(jié)構(gòu)型式，具有明顯的優(yōu)點。海洋平臺結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展，在大陸上使用的機械設(shè)備日夜不斷運用到海洋平臺上