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1、導管架儲油平臺自振特性研究 摘要：結合渤海埕北油田的某儲油平臺的工程實例，利用有限元軟件ANSYS建立了導管架儲油平臺在罐內(nèi)液體為空罐、半罐和滿罐三種工況的有限元模型，分別對三種工況的有限元模型進行自振特性分析，獲得三種工況下的頻率和振型，并對結果進行對比分析，為導管架儲油平臺的設計提供參考。Abstract：TheplatformwithstoragetankengineeringexamplesinBohaiChenbeioilfieldreservoirisstudied.Finiteelementmodelforstorageplatformwiththreecasesfore
2、mptytank，halfatankandfulltankareestablishedbyfiniteelementsoftwareANSYS.Thenaturalvibrationcharacteristicsoffiniteelementmodelinthethreeconditionsarestudied.Frequenciesandmodeshapesareobtained，andtheresultsareanalyzed.Itprovidesareferenceforthedesignofjacketplatformwithstoragetank.關鍵詞：導管架儲油平臺；ANS
3、YS；自振特性Keywords：jacketplatformwithstoragetank；ANSYS；naturalvibrationcharacteristics5中圖分類號：P752文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2013）20-0044-020引言隨著海洋油氣資源的不斷開發(fā)，導管架儲油平臺的應用也越來越廣泛。儲油平臺是海洋平臺的一種，由于平臺上的儲罐及其中液體的存在，使整個儲油平臺的動力特性不同于一般的導管架海洋平臺，儲罐內(nèi)的液體同罐壁之間存在流固耦合作用，當平臺受到外部荷載激勵的時候，液體的晃動會改變整個平臺結構的動力特性[1-3]。本文結合渤海埕北油田的某儲油平臺
4、的工程實例，利用有限元軟件ANSYS分析了導管架儲油平臺在罐內(nèi)液體為空罐、半罐和滿罐三種工況的動力特性，為導管架儲油平臺的設計提供參考。1工程概況與有限元模型的建立導管架儲油平臺由四根導管架柱腿、樁腿、支撐、平臺甲板和儲油罐等構成。平臺總高37.5m，甲板長23.1m、寬22.4m。4根主導管柱腿采用直徑1580mm，厚40mm的特種鋼管，平面撐桿分為四層，兩個平面之間附有斜撐。支撐甲板主梁采用高1000mm工字鋼，次梁采用高600mm的工字鋼。各節(jié)點間均為焊接。甲板上儲油罐的尺寸為：罐壁高為12.3m；罐內(nèi)液體最大允許高度為10.7m；儲罐直徑為18.9m；罐壁厚為10mm；底板中幅板
5、厚度為10mm；邊緣板厚度為12mm。5采用大型有限元軟件ANSYS建立導管架儲油平臺的有限元模型。其中，平臺甲板和甲板上的儲油罐采用SHELL63單元模擬；支撐甲板的主、次梁采用BEAM188單元模擬；主導管采用PIPE59單元模擬[4-5]；儲罐內(nèi)的液體采用FLUID80單元模擬；考慮罐內(nèi)液體晃動和罐底和甲板間的作用，用接觸單元CONTA173和目標單元TARGE170模擬儲罐和平臺甲板之間的作用：①罐體與液體接觸面之間設置接觸對；②罐底與平臺甲板接觸并在之間設置接觸對。空罐、半罐和滿罐三種工況下導管架儲油平臺的有限元模型見圖1。2自振特性分析采用子空間迭代法進行動力特性分析，考慮前
6、20階振型的影響，擴展模態(tài)也取20階。得到三種工況下導管架整體的前3階頻率如表1所示，半罐和滿罐工況下罐內(nèi)液體的前3階頻率如表2所示。從表1和表2可以看出：①液體的晃動頻率較低，一般晃動頻率集中在0～1Hz之間，高階頻率主要是導管架整體結構的振動頻率；②由于液體的存在，使得整個結構的質量增加，而且液體的晃動對儲罐壁存在耦合作用，導致滿罐的頻率大于半罐，半罐的頻率大于空罐。圖2～圖4分別為空罐、半罐和滿罐三種工況下導管架整體的前3階振型，從圖中可以看出：①第1階振型為整體平動，第2階振型為整體轉動，第3階振型為甲板上儲罐的振動；②三種工況下導管架整體振動形式基本一致。5圖5和圖6分別為半罐
7、和滿罐工況下罐內(nèi)液體的前3階振型，從圖中可以看出：罐內(nèi)液體的振動呈現(xiàn)典型的梁式振動振型，且半罐和滿罐工況下罐內(nèi)液體的振型基本一致。3結論本文結合渤海埕北油田的某儲油平臺的工程實例，利用有限元軟件ANSYS分析了導管架儲油平臺在罐內(nèi)液體為空罐、半罐和滿罐三種工況的動力特性，得出以下結論：①液體的晃動頻率較低，一般晃動頻率集中在0～1Hz之間，高階頻率主要是導管架整體結構的振動頻率。②由于液體的存在，使得整個結構的質量增加，而且液體的晃
