Truss Spar平台结构强度分析及优化设计
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分析及优化设计
【 摘 要］ Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 海洋平 台凭借其 良好 的稳定性 、 安全性和经济性在深水环境 中得到 了广泛应 用。依据
ＤＮＶ 规 范 ， 通 过 ＡＮＳ ＹＳ软 件 对 该 平 台进 行 了整 体 强度 校 核 ， 结果满足设计要 求。此外 ， 鉴 于 结 构 的 复 杂 性 ， 采 用结 构 近 似 模 型 和 遗 传 算 法 相 结 合 的 优 化 方 法 ， 对 硬 舱 部 分进 行 优 化 设 计 ， 在 满足 结 构 强 度 条 件 的 前提 下， 对 结 构 重 量进 行 了高 效 率优 化 ， 验 证 了该 方 法在 大型 海 洋平 台结 构 优 化 领 域 的 可行 性 。
＋
强 度仿 真 计 算 ， 减少迭代 时间 ， 采 用 近 似 模 型结 合 遗 传 算 法 或 者 梯度 算 法 ， 能将优化精度 与计算效率有 效地结合起来 ， 在 大
规 模 工 程 优 化 中能 发 挥 更 大 的优 势 。
＋
◆
１ Ｔ ｒ ｕｓ ｓ Ｓｐ ａ ｒ平 台 模 型
Leabharlann Baidu＋
设计 。 谢 仲安 等 采用遗传算法对简化的 Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台硬 舱 结 构 进 行 了优 化设 计 ， 验 证 了遗 传 算 法 的 可行 性 。
对 Ｓ ｐ ｒ 平 台完 整 的精 细 化模 型 单 独 采 用 传 统 梯 度 算 法 和 ａ 遗 传 算 法非 常耗 费工 时 ， 从 计 算 效 率 角 度不 可取 。 为 了避 免 高
Ｓ ｐ ｒ 平 台根 据 结 构 形 式 可 以分 为 Ｃｌ ａ ａ ｓ ｓ ｉ ｃ Ｓ ｐ ｒ平台、 ａ Ｔ ｕｓ ｒ ｓ
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ９ — ０ ９
态特 点 ［ Ｊ ］ ． 油 气地 质 与采 收 率 ， ２ ０ ０ ７ ， １ ４ （ ５ ） ： ６ ６ － ６ ９ ．
常 由无 内倾 立 腿 、 水平 撑杆 、 斜 杆 和垂 荡 板 组 成 ， 同 Ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｃ Ｓ ｐ ｒ ａ
的金 属 圆柱 中部 结 构 相 比 ， 可 以节 省 大 量 钢 材 。该 结 构 中垂 荡 板 的 阻尼 作 用 能 有 效 减 小 平 台 的 纵 向运 动 响应 。
Ｏ
引 言
Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台是 近 三 十 多 年 来 发 展 形成 的 深水 油气 开 发 平 台 ，
其凭借适宜 深水作业 、 灵 活 性 以及 稳 定 性 好 等 特 点 ， 成 为 近 来 发 展 最 为 迅 速 的深 水 平 台 之 一 。 目前 ， 国 内外 对 Ｓ ｐ ａ ｒ平 台的 研究主要集 中在疲劳分析 、 时 域 和频 域 分 析 、 动 力 响应 以 及 平 台 构 件 之 间 的耦 合分 析 。［ ２ － ５ ］ 国 内学 者 对 海洋 平 台 的研 究 主要 停 留在 导 管 架 平 台 ， 对 深 海 平 台 的研 究 大 多停 留在 概念 性 阶段 。胡 涛 等 ［ ６ １ 通 过 建 立 近 似
气， ２ ０ ０ ６ ， ２ （ １） ： ５ ９ —６ １ ．
Ｅ Ｓ ］ 张以根， 王友启 ， 屈智坚 ， 等． 孤 东 油 田馆 陶组 油 藏 三 元 复 合
１ ． １ Ｔｒ ｕ ｓ ｓ Ｓｐ ａ ｒ 平 台的 结 构 形 式
图 １ Ｔｒ ｕ ｓ ｓ Ｓｐ ａ ｒ平 台 有 限 元 模 型
Ｔ ｕｓ ｒ ｓ Ｓ ｐ ｒ 平 台主 体 结 构 直 径 ３ ａ ０～４ ０ Ｉ Ｘ ｌ ，高 ２ ０ ０ ｉ ｎ左 右 ，
按 照 不 同 的 功 能 模 块 ， 将 平 台 整 体 结 构 分 为 ４个 子 结 构 ： 甲板 （ ａ ） 、 硬舱 （ ｂ） 、 桁架和垂荡板（ ｃ ） 和软舱（ ｄ） ， 对 每 一 部 分 建 立 独 立 的有 限元 模 型 ， 最 后 将 ４部 分 组 装成 整 体 Ｔ ｕｓ ｒ ｓ Ｓ ｐ ｒ 平 ａ
【 关冀词 】 Ｆ Ｅ Ｍ Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 强度分析
优 化设 计
遗传 算法
Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台和 Ｃｅ ｌ ｌ Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台 ，其 中 Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ｒ 平 台应 用 最 广 泛 。 ａ Ｔ ｕｓ ｒ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ平 台主 要 分 为硬 舱 、 软舱 、 开放 式 桁 架 以及 上 部 甲 板 等 主 要结 构 。Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 通 过 开 放 式 桁 架 结 构 连接 顶部 硬舱 和 底部 软舱 。桁 架 部 分 是 一 个 类 似 于导 管架 结 构 的空 间 钢 架 ， 通
１ ． ２ Ｔｒ Ｕ Ｓ Ｓ Ｓｐ ａ ｒ 平 台 有 限 元 模 型
模型 ， 将 结 构 有 限元 分 析 和 数 值 优 化 相 结 合 对 导 管架 平 台 进 行 了 整 体 优 化设 计 。 王 兴 国等 利 用海 洋平 台结 构 优 化 模 型 ， 结 合
结 构 动 力 分 析对 基 于 地 震 作 用 下 的 导 管 架 海 洋 平 台进 行 优 化
创新技术 Ｔ Ｉ Ａ Ｎ Ｊ Ｉ Ｎ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ ２ Ｅ ０ ＆ Ｔ １ ３ Ｅ Ｃ 年 Ｈ Ｎ 第 Ｏ Ｌ ５ Ｏ 期 Ｇ Ｙ
杨 肖龙 穆 顷 安 振武
（ 中海油能源发展油田建设工程设计研发中心 天津 ３ ０ ０ ４ ５ ２ ）
Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台结构 强度
Ｅ ７ ］ 葛徐旭． 孤 东 油 田 七 区西 Ｎ ｇ Ｂ ４ —６ １ 二元 复 合 驱 先 导 试 验 研
究 ］ ． 内江 科 技 ， ２ ０ １ ０ （ ３ ） ： ９ ０ － ９ ０ ．
［ ５ ］ 沈华 ， 顾永 强． 二元复合驱 阶段 见效特征 ［ Ｊ ］ ． 新 疆 石 油 天 然
【 摘 要］ Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 海洋平 台凭借其 良好 的稳定性 、 安全性和经济性在深水环境 中得到 了广泛应 用。依据
ＤＮＶ 规 范 ， 通 过 ＡＮＳ ＹＳ软 件 对 该 平 台进 行 了整 体 强度 校 核 ， 结果满足设计要 求。此外 ， 鉴 于 结 构 的 复 杂 性 ， 采 用结 构 近 似 模 型 和 遗 传 算 法 相 结 合 的 优 化 方 法 ， 对 硬 舱 部 分进 行 优 化 设 计 ， 在 满足 结 构 强 度 条 件 的 前提 下， 对 结 构 重 量进 行 了高 效 率优 化 ， 验 证 了该 方 法在 大型 海 洋平 台结 构 优 化 领 域 的 可行 性 。
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强 度仿 真 计 算 ， 减少迭代 时间 ， 采 用 近 似 模 型结 合 遗 传 算 法 或 者 梯度 算 法 ， 能将优化精度 与计算效率有 效地结合起来 ， 在 大
规 模 工 程 优 化 中能 发 挥 更 大 的优 势 。
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１ Ｔ ｒ ｕｓ ｓ Ｓｐ ａ ｒ平 台 模 型
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设计 。 谢 仲安 等 采用遗传算法对简化的 Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台硬 舱 结 构 进 行 了优 化设 计 ， 验 证 了遗 传 算 法 的 可行 性 。
对 Ｓ ｐ ｒ 平 台完 整 的精 细 化模 型 单 独 采 用 传 统 梯 度 算 法 和 ａ 遗 传 算 法非 常耗 费工 时 ， 从 计 算 效 率 角 度不 可取 。 为 了避 免 高
Ｓ ｐ ｒ 平 台根 据 结 构 形 式 可 以分 为 Ｃｌ ａ ａ ｓ ｓ ｉ ｃ Ｓ ｐ ｒ平台、 ａ Ｔ ｕｓ ｒ ｓ
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ９ — ０ ９
态特 点 ［ Ｊ ］ ． 油 气地 质 与采 收 率 ， ２ ０ ０ ７ ， １ ４ （ ５ ） ： ６ ６ － ６ ９ ．
常 由无 内倾 立 腿 、 水平 撑杆 、 斜 杆 和垂 荡 板 组 成 ， 同 Ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｃ Ｓ ｐ ｒ ａ
的金 属 圆柱 中部 结 构 相 比 ， 可 以节 省 大 量 钢 材 。该 结 构 中垂 荡 板 的 阻尼 作 用 能 有 效 减 小 平 台 的 纵 向运 动 响应 。
Ｏ
引 言
Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台是 近 三 十 多 年 来 发 展 形成 的 深水 油气 开 发 平 台 ，
其凭借适宜 深水作业 、 灵 活 性 以及 稳 定 性 好 等 特 点 ， 成 为 近 来 发 展 最 为 迅 速 的深 水 平 台 之 一 。 目前 ， 国 内外 对 Ｓ ｐ ａ ｒ平 台的 研究主要集 中在疲劳分析 、 时 域 和频 域 分 析 、 动 力 响应 以 及 平 台 构 件 之 间 的耦 合分 析 。［ ２ － ５ ］ 国 内学 者 对 海洋 平 台 的研 究 主要 停 留在 导 管 架 平 台 ， 对 深 海 平 台 的研 究 大 多停 留在 概念 性 阶段 。胡 涛 等 ［ ６ １ 通 过 建 立 近 似
气， ２ ０ ０ ６ ， ２ （ １） ： ５ ９ —６ １ ．
Ｅ Ｓ ］ 张以根， 王友启 ， 屈智坚 ， 等． 孤 东 油 田馆 陶组 油 藏 三 元 复 合
１ ． １ Ｔｒ ｕ ｓ ｓ Ｓｐ ａ ｒ 平 台的 结 构 形 式
图 １ Ｔｒ ｕ ｓ ｓ Ｓｐ ａ ｒ平 台 有 限 元 模 型
Ｔ ｕｓ ｒ ｓ Ｓ ｐ ｒ 平 台主 体 结 构 直 径 ３ ａ ０～４ ０ Ｉ Ｘ ｌ ，高 ２ ０ ０ ｉ ｎ左 右 ，
按 照 不 同 的 功 能 模 块 ， 将 平 台 整 体 结 构 分 为 ４个 子 结 构 ： 甲板 （ ａ ） 、 硬舱 （ ｂ） 、 桁架和垂荡板（ ｃ ） 和软舱（ ｄ） ， 对 每 一 部 分 建 立 独 立 的有 限元 模 型 ， 最 后 将 ４部 分 组 装成 整 体 Ｔ ｕｓ ｒ ｓ Ｓ ｐ ｒ 平 ａ
【 关冀词 】 Ｆ Ｅ Ｍ Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 强度分析
优 化设 计
遗传 算法
Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台和 Ｃｅ ｌ ｌ Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台 ，其 中 Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ｒ 平 台应 用 最 广 泛 。 ａ Ｔ ｕｓ ｒ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ平 台主 要 分 为硬 舱 、 软舱 、 开放 式 桁 架 以及 上 部 甲 板 等 主 要结 构 。Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 通 过 开 放 式 桁 架 结 构 连接 顶部 硬舱 和 底部 软舱 。桁 架 部 分 是 一 个 类 似 于导 管架 结 构 的空 间 钢 架 ， 通
１ ． ２ Ｔｒ Ｕ Ｓ Ｓ Ｓｐ ａ ｒ 平 台 有 限 元 模 型
模型 ， 将 结 构 有 限元 分 析 和 数 值 优 化 相 结 合 对 导 管架 平 台 进 行 了 整 体 优 化设 计 。 王 兴 国等 利 用海 洋平 台结 构 优 化 模 型 ， 结 合
结 构 动 力 分 析对 基 于 地 震 作 用 下 的 导 管 架 海 洋 平 台进 行 优 化
创新技术 Ｔ Ｉ Ａ Ｎ Ｊ Ｉ Ｎ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ ２ Ｅ ０ ＆ Ｔ １ ３ Ｅ Ｃ 年 Ｈ Ｎ 第 Ｏ Ｌ ５ Ｏ 期 Ｇ Ｙ
杨 肖龙 穆 顷 安 振武
（ 中海油能源发展油田建设工程设计研发中心 天津 ３ ０ ０ ４ ５ ２ ）
Ｔ ｒ ｕ ｓ ｓ Ｓ ｐ ａ ｒ 平 台结构 强度
Ｅ ７ ］ 葛徐旭． 孤 东 油 田 七 区西 Ｎ ｇ Ｂ ４ —６ １ 二元 复 合 驱 先 导 试 验 研
究 ］ ． 内江 科 技 ， ２ ０ １ ０ （ ３ ） ： ９ ０ － ９ ０ ．
［ ５ ］ 沈华 ， 顾永 强． 二元复合驱 阶段 见效特征 ［ Ｊ ］ ． 新 疆 石 油 天 然