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【6h】

TLP平台立管系统特殊钻完井装备结构可靠性研究

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 张力腿平台立管可靠性研究

1.2.2 锥形应力节可靠性研究

1.2.3 结构可靠性分析方法研究

1.3 研究内容及技术路线

第2章 基于Kriging模型的可靠性分析

2.1 可靠度基本理论

2.2 可靠度计算基本方法

2.1.1 一次二阶矩方法

2.1.2Monte Carlo法

2.1.3 响应面法

2.2 kriging模型在可靠度计算中的应用

2.2.1 Kriging法简介

2.2.2 Kriging模型的确定

2.2.3 Kriging模型的预测

2.3 试验设计方法介绍

2.3.1 正交设计

2.3.2 完全随机化设计

2.3.3 均匀设计

2.3.4 拉丁超立方抽样方法

2.4 基于kriging模型的可靠度迭代流程

2.5 本章小结

第3章 顶张紧式立管的可靠性分析

3.1 TTR立管分析模型

3.1.1 TTR立管的数学分析模型

3.1.2 TTR立管有限元模型的建立

3.2 TTR立管力学性能分析

3.2.1 基本参数

3.2.2 分析结果与讨论

3.3 TTR立管的结构可靠性分析

3.3.1 TTR立管的极限状态方程的建立

3.3.2 优化的Kriging 模型的拟合及精度验证

3.3.3 可靠性计算及验证

3.4 本章小结

第4章 锥形应力节的可靠性分析

4.1 锥形应力节的有限元分析

4.1.1 锥形应力节整体-局部分析方法

4.1.2 锥形应力节局部分析有限元模型

4.1.3 锥形应力节分析

4.2 锥形应力节力学性能影响因素分析

4.2.1 环境因素对锥形应力节力学性能的影响

4.2.2 结构因素对锥形应力节力学性能的影响

4.3 锥形应力节的可靠性分析

4.3.1 海洋环境载荷概率统计

4.3.2 锥形应力节可靠性分析模型

4.3.3 锥形应力节可靠度计算

4.4 本章小结

第5章 井口倾斜下锥形应力节可靠性分析

5.1 概述

5.2 井口倾斜情况下锥形应力节的有限元分析

5.2.1 井口倾斜1.5°下的锥形应力节有限元分析

5.2.2 不同井口倾斜角度对锥形应力节的影响

5.3 极限情况下锥形应力节可靠度计算

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

6.3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢

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摘要

本论文以国家科技重大专项科“张力腿平台钻完井丛式立管系统设计与安全作业技术研究(2016ZX05057011)”为依托,针对我国南海石油钻采的需要,以深水张力腿平台丛式立管系统为研究对象,系统开展张力腿平台特殊作业装备的研究。在张力腿平台立管系统静力学分析方法、关键作业设备结构分析方法及可靠性分析方法等方面取得一定进展,对立管系统在100年一遇台风海况下作业进行了可靠性评估,提出了锥形应力节在实际作业中的结构可靠性设计准则,为南海张力腿平台立管系统的作业技术提供理论依据和技术支持,具有良好的学术价值和工程应用前景。主要研究进展和成果总结如下: (1)基于Kriging模型的可靠度计算方法研究 采用拉丁超立方抽样的方法,建立Kriging模型来模拟随机变量与响应之间的隐式状态函数,通过比较Kriging程序得到的预测响应值与实际仿真结果来验证模型精度,并对Kriging模型的参数进行优化,利用可靠度求解优化算法进行多次迭代求的可靠度指标。最终提出一种将Kriging模型与拉丁超立方抽样技术相结合的可靠度计算方法,确定可靠性分析流程。 (2)顶张紧式立管可靠性研究 建立张力腿平台顶张紧式串行立管系统的数学分析模型,开展100年一遇台风海况下立管系统整体静力学分析,建立有限元分析模型,研究应力、弯矩和间距沿水深方向变化规律。结合有限元分析结果与Kriging模型可靠性分析方法,建立立管系统的可靠性分析模型,应用Kriging模型对随机变量与立管响应之间的隐式功能函数进行模拟,求解可靠度指标。最后对Kriging模型法、响应面法及蒙特卡洛法的计算结果进行比较研究。 (3)锥形应力节可靠性研究 建立整体-局部分析方法及流程,建立锥形应力节局部有限元分析模型,识别锥形应力节危险位置,开展应力沿锥形应力节长度方向变化规律研究。研究海况、锥形应力节长度及底端外径对锥形应力节整体性能的影响。在锥形应力节有限元分析的基础上,考虑海流随机性,作业参数随机性和结构尺寸随机性建立可靠性分析模型,采用Kriging法、响应面法和蒙特卡洛法对锥形应力节进行可靠性分析,并进行比较。 (4)井口倾斜情况下锥形应力节可靠性研究 建立井口倾斜情况下的锥形应力节有限元分析模型,研究不同井口倾斜角度水立管系统整体分析的影响以及锥形应力节结构性能的影响。开展不同井口倾斜角度下锥形应力节的可靠度计算。采用Kriging模型分别在考虑环境和作业因素随机性、不考虑环境和作业因素随机性、不考虑作业因素随机性和不考虑环境因素随机性四种情况下建立锥形应力节可靠性分析模型,最后提出针对锥形应力节的可靠性设计准则,供工程参考。

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