气体爆炸载荷作用下海洋平台结构动态响应研究

摘要

海洋平台在服役期间，不可避免将遭受到气体爆炸引起的冲击破坏。为了保证海洋平台安全和正常使用，应对气体爆炸现象、气体爆炸载荷作用下海洋平台结构动态响应特性以及破坏模式进行详细深入的研究。 随着人们对海洋丰富生物和矿产资源的勘探和开发，在海上石油和天然气的开采中气体泄漏爆炸事故频发，导致海洋平台局部或总体结构严重破损，造成人民生命和财产的巨大损失，这些都促进了人们对气体爆炸的研究重视。本文在此背景下采用大型商用成熟软件MSC.Dytran程序对气体爆炸造成海洋平台结构的损伤机理进行数值仿真研究。 本文主要研究工作如下： （1）通过对气体爆炸冲击波理论的研究，整理归纳了自由大气中爆炸冲击波参数计算方法，利用非线性瞬态动力学计算软件MSC.Dytran模拟了气体爆炸冲击波在空气中的传播，选用Henrych给出的经验公式，对比分析了有限元仿真计算结果，得到了具有足够计算精度的结果。从而验证利用MSC.Dytran软件模拟气体爆炸冲击波在空气中的传播过程是可行的。 （2）研究了网格密度系数和不同的求解方法对爆炸冲击波峰值压力的影响。研究发现冲击波峰值与Euler的网格密度系数有关，采用合理的网格密度系数能很好的模拟出气体爆炸后的冲击波流场；不同求解方法的影响也较大，ROE求解器计算结果更接近实验基础上得到的经验公式的计算值，比有限体积法具有更高的计算精度。 （3）采用多欧拉－拉格朗日耦合技术，对气体爆炸冲击波在空气中的传播和海洋平台结构动态响应进行了同步仿真计算，研究了在大、中、小三种不同泄漏情况下，分别在两种典型舱室内气体爆炸冲击波载荷作用下海洋平台结构的动态响应特性。 （4）在海洋平台结构分析的基础上，确定了增加纵舱壁厚度、同时增加纵、横舱壁厚度和不改变舱壁厚度的情况下在纵舱壁上增设垂直支撑三种加强方案，分析了三种不同加强方式下，舱室结构和原结构的变形和应力分布，从塑性变形能吸收方面，研究了三种不同加强方式下，各构件对结构抗爆所起作用的大小进行了定量分析。并比较了三种不同加强方式下，海洋平台结构响应的不同规律。