滩海储油罐平台计算模型研究

滩海储油罐平台计算模型研究

论文摘要

随着海洋油气资源的开发和利用,滩海储油罐平台广泛应用于近海石油开发。由于罐内液体的存在对储油罐平台在波浪和地震等荷载作用下的动力响应影响较大,使其动力特性不同于一般的导管架平台。储油罐平台一旦破坏,会导致毁灭性的次生灾害。因此需要对储油罐平台的储油罐与罐内液体之间的流固相互作用问题进行研究。首先,采用Housner集中质量法模拟储油罐体与罐内液体的动力相互作用,分别建立了波浪荷载和地震荷载作用下导管架平台的运动控制方程和有限元离散方程,以此为基础建立考虑桩—土相互作用的储油罐平台有限元分析模型,并分析了罐内液面高度、地震动输入方向、不同地震波、不同动力荷载种类等因素对储油罐平台的动力反应的影响。其次,基于流固耦合理论推导储油罐与内部液体的位移-压力(ui,p)格式的有限元离散方程,联合考虑固体域和流体域,建立考虑桩—土相互作用的储油罐平台的有限元剖分模型。分析了罐内液体的动力反应特性,同时研究了罐内液面高度、地震动输入方向、不同地震波、不同动力荷载种类等因素对储油罐平台的动力反应的影响。最后,从定量角度对流固耦合计算模型和Housner集中质量计算模型在空罐和满罐两种情况下进行了自振频率、位移和应力等几个方面的结果比较,验证了这两种计算模型对储油罐这类刚度较大的结构,其计算结果是接近的。储油罐平台初步设计时,建议采用Housner集中质量模型分析导管架平台的受力状况,可以在保证计算精度的同时,大大的节省计算时间;详细设计时,建议采用流固耦合模型,既可以得到导管架平台的受力状况,也可以得到储油罐体的受力状况。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 平台动力特性研究现状
  • 1.2.2 水体-结构相互作用研究现状
  • 1.2.3 油-罐体动力相互作用研究现状
  • 1.3 储油罐平台工程概况
  • 1.4 本文的主要工作与研究意义
  • 2 Housner集中质量模型
  • 2.1 Housner计算模型
  • 2.1.1 Housner集中质量理论
  • 2.1.2 Housner计算模型的有限元方程
  • 2.2 储油罐平台在动力荷载作用下的运动方程
  • 2.2.1 Stokes五阶波理论
  • 2.2.2 波浪荷载作用下的平台运动控制方程
  • 2.2.3 波浪和海流联合作用下的计算方法
  • 2.2.4 地震荷载作用下的平台运动控制方程
  • 2.3 平台有限元模型和计算工况
  • 2.3.1 平台有限元模型
  • 2.3.2 计算工况
  • 2.4 模态分析
  • 2.5 影响因素分析
  • 2.5.1 罐内液面高度对平台响应的影响
  • 2.5.2 地震输入方向对平台响应的影响
  • 2.5.3 不同地震波输入类型对平台响应的影响
  • 2.5.4 不同动力荷载类型对平台响应的影响
  • 2.6 小结
  • 3 流固耦合分析模型
  • 3.1 流固耦合计算模型
  • 3.1.1 引言
  • 3.1.2 流固耦合系统的动力学模型
  • 3.1.3 流固耦合模型的有限元方程
  • 3.2 有限元模型和计算工况
  • 3.2.1 有限元模型
  • 3.2.2 计算工况
  • 3.3 平台-储油罐体系模态分析
  • 3.3.1 计算结果
  • 3.3.2 频率分析
  • 3.3.3 振型分析
  • 3.4 储油罐平台动力反应影响因素分析
  • 3.4.1 罐内液面高度对储油罐平台动力反应的影响
  • 3.4.2 地震输入方向对储油罐平台动力反应的影响
  • 3.4.3 不同地震动输入对储油罐平台动力响应的影响
  • 3.4.4 不同荷载输入对储油罐平台动力反应的影响
  • 3.5 小结
  • 4 两种计算模型的比较
  • 4.1 比较方法
  • 4.2 空罐模型结果的分析比较
  • 4.3 满罐模型结果的分析比较
  • 4.4 小结
  • 5 结论与展望
  • 5.1 结论
  • 5.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
  • 致谢
  • 相关论文文献

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