海洋导管架平台结构动力优化研究-中国海上油气.PDFVIP

第16卷第4期 中国海上油气 V01．16NO．4 2004年8月 CHINAOFFSHOREOILANDGAS Aug．2004 海洋导管架平台结构动力优化研究 王世圣1 刘立名2 高德利3 时钟民1 侯金林1 (1．中海石油研究中心；2．海洋工程股份有限公司；3．石油大学(北京)) 摘 要 应用有限单元法，对海洋导管架平台进行了结构动力优化设计。建立了海洋导管架平台 结构动力优化的数学模型，采用零阶法，以动冰载荷作为海洋导管架平台结构的主要环境载荷，对 锦州20—2 MUQ平台进行了结构动力优化计算。优化结果表明，平台的重量比原设计方案减轻了 20．17％，获得了明显的优化效果。研究结果有较大的工程应用价值，可供有关设计人员参考。 关键词 海洋导管架平台 动冰载荷 有限单元法 结构动力优化 钢管焊接而成的空间刚架结构，桩是打人海底土壤 0 引言 中的圆钢管。因此，海洋导管架平台的结构动力优 海洋导管架平台是一种大型的空间刚架结构， 化，就是寻找一组最优的圆钢管的外径和壁厚，以使 得整个导管架结构的重量最小。海洋导管架平台结 其建造需要耗费大量的钢材。因此，在满足工作需 求的前提下，优化平台的结构形式及结构尺寸，使结 构动力优化的数学模型为 构的重量最轻，可以节省制造费用，降低成本。 findD、T min W(D，T) 在海洋导管架平台的结构优化中，计算载荷除 其约束条件为 了要考虑风、浪、海流等静载荷外，对冰区使用的平 台更主要的是要考虑动冰载荷。因此，海洋导管架 C01。2一[∞l，2]≤0 (1) 平台的结构优化实际上是一个动力优化问题。动力 d。。。。一[盯]≤0 (2) 优化与静力优化不同，结构动态响应与设计变量的 “。。。。一[“。]≤0 (3) 关系很复杂，是高度非线性的；结构动态分析，特别 “，。。。一[Uy]≤0 (4) 是瞬态响应分析的计算工作量很大。上述原因使得 Di≤Di≤Di (5) 对海洋导管架平台进行动力优化存在着许多困难， Ti≤t≤Ti (6) 目前国内关于海洋导管架平台动力优化的文献也 不多。 上述优化设计模型中，D、T是设计变量，其中 本文应用ANSYS优化功能，以动冰载荷作为D为圆钢管的平均外径，T为圆钢管的平均壁厚。 海洋导管架平台结构的主要环境载荷，对锦州20—2 目标函数为结构的总重量，其计算表达式为 MUQ平台进行了结构动力优化设计，并获得了显 Ti W=∑(∑靠即Di1i) 著的优化效果。