淺談海洋平臺結構可靠性的優化設計

倪令芹

摘 要：近年來，我國的石油事業獲得了快速的發展，并逐漸加大了海洋平臺的建設。在該項工作開展中，因海洋平臺成本高以及結構復雜特征的存在，則使其在結構設計方面具有了更高的要求。在本文中，將就海洋平臺結構可靠性的優化設計進行一定的研究。

關鍵詞：海洋平臺；結構；可靠性；優化設計；

引言

在現今海洋平臺建設當中，結構設計可以說是非常重要的一項工作，在以往設計當中，需要進行重復的驗證，無論是時間還是資源都具有較大的耗費量，且并不能夠保證方案設計的有效性。對此，即需要能夠積極做好結構優化設計工作，以可靠性為基礎，保障設計效果。在本研究中，將就該方面行業當中的研究情況進行分析與介紹。

1海洋平臺的靜力優化設計

就目前來說，國內外在海洋平臺靜力優化方面具有較多的研究。工作應力法是現今海上結構設計當中經常應用到的規范，其中，LRFD即是一種結合了可靠性理論以及工作應力法的方式，在實際應用當中，其不僅對不同荷載以及抗力的隨機性進行了考慮，且對工作應力法進行了集成。目前，有較多人員通過該方式開展實際優化設計，有效的提升了材料使用率。該方式在實際應用當中具有實用以及簡單的特點，為了保障其應用效果，即需要在充分聯系海域特點的基礎上標定相關參數。

在實際海洋平臺優化設計當中，在約束方面不僅需要對結構自身的強度、穩定性約束以及剛度等進行考慮，且需要能夠對樁基承載力約束進行考慮。對于地基以及樁來說，其在此過程中也具有非常重要的應用，對結構抗力的敏感性以及不確定性具有十分重要的主導作用。目前，有研究人員對約束處理方式、構件長細比約束的設計方式進行了研究，即通過對構件截面最大Mises應力的應用進行設計，在對受壓構件長細比以及樁頂側位移進行研究的基礎上開展設計，在實現約束條件數目減少的基礎上實現模型求解效率的優化。

2海洋平臺的動力優化設計

從本質角度來說，海洋平臺在實際運行當中將受到來自環境的動荷載影響，在動荷載影像下，其所具有的動態響應情況則將對結構的工作狀態以及性能發揮產生影響，也是實際開展結構設計工作當中的關鍵指標類型。同靜力優化方式相比，動力優化方式在方法以及理論方面還存在著一定的不完善情況，在現今海洋結構動力優化當中，其更多的局限在部分簡單問題的研究中，如將動態特性如頻率等作為目標進行約束等等，而在實際將約束作為動力響應的動力優化還存在著一定的不足，也很少具有以可靠度為基礎所開展的結構動力優化設計。在具體動力優化當中，設計變量同結構動態響應兩者間具有著高度非線性的關系，在實際優化工作開展當中，可行域性態不良情況的存在也將增加問題優化難度。對于這部分問題，目前有研究人員對自適應運動極限以及可行域調整等方式進行了優化求解處理，對于穩態頻率響應，則對陣型空間直接求解敏度的方式進行了使用，在瞬間動力相應方面，則對以Newmark方式進行了使用，并將其有效的是現在JIFRX程序系統當中。

3基于可靠性的海洋平臺優化設計

在實際海洋平臺設計工作當中，其中具有著較多的不確定因素，如分析方法、荷載環境以及結構自身特定等等，對此，即需要在實際設計當中做好這部分不確定性的充分考慮。就目前來說，具有較多對海洋平臺結構的可靠性分析，但在實際優化設計方面卻存在著而一定的困難與不足，如求解體系可靠度、尋找失效模式以及確定失效費用等等。

在實際設計工作開展當中，平臺結構的穩定性是非常重要的一項因素，也是對平臺整體安全水平進行反映的關鍵指標，在實際對平臺結構可靠度進行確定時，做好結構失效模式的尋找可以說是非常關鍵的一項內容。以導管架平臺結構系統為例，只有導管架、樁基以及上部夾板這幾個系統保持運行在正常狀態時，才能夠保證平臺對鉆采等功能進行良好的實現。如當樁基以及導管架當中主要構件發生失效情況，則即將因此導致樁基以及導管架發生失效問題，進而對整個平臺的穩定運行產生影響。對此，在實際設計當中，即可以將海洋平臺的樁、導管腿失效作為其中的主要失效模式進行確定，也可以將相鄰層結構層間變形作為主要失效模式進行確定，目前，已經有研究人員對損傷力學非線性損傷模型進行了使用，并在此基礎上獲得了屈服可靠性以及疲勞可靠性相關設計。

在近年來可靠性技術以及高級分析結構技術不斷發展的過程中，對海洋平臺的具體設計也產生了較大的影響，其主要具有多個水平分類，即單元水平、系統可靠度水平、系統水平、全壽命設計以及規范校核這幾方面內容。其中，系統以及單元水平在具體平臺設計當中具有十分重要的影響，但系統可靠度在全壽命設計以及規范校核當中也存在一定的應用局限。在具體單元優化方面，在現今硬件設施以及計算方法不斷提升的情況下，非線性以及線性有限元方式在實際結構設計當中已經具有了較多的應用，在經過極限強度以及線性應力分析的基礎上，則能夠在有效減少單元制造費用以及整體重量的基礎上大幅度實現平臺費用的降低。而在系統優化方面，通過可靠度技術以及高級結構分析技術的應用，也能夠在平臺極端環境以及意外事件結構設計中發揮出重要的作用。

4全壽命優化設計措施

在現今海洋平臺設計當中，做好其全壽命優化設計也是非常重要的一項工作。在該項工作具體開展當中，從開始的設計階段、中期的應用維修以及最終的失效階段，都需要能夠將其視為一個整體進行考慮與設計，在實際設計中，不僅需要能夠做好技術方面因素的考慮，且需要做好政治、社會以及經濟等相關因素的考慮，其在實際設計當中所具有的目標，即是在整個結構壽命周期當中最大程度降低其費用，在結構未來損失期望以及初始造價當中對良好的優化平衡目標進行實現。

在現今的海洋平臺設計當中，更多的只是對初始造價進行考慮，而在結構風險方面則缺少設計。對于傳統的結構可靠性分析工作當中，即是盡可能對不同狀態下結構所具有的組合以及隨機特性進行反映，而在結構風險評估中，則將對造成結構失效的原因以及導致的后果進行綜合考慮，以綜合的方式對工程設計、建設、使用到最終報廢整個過程動態隨機特性的反映。在現今設計當中，對維修費用、失效損失以及結構初始投資的優化設計受到了更多人們的重視，在國外，近年來也在該方面具有了較大的發展，在不同工作環境以及結構型式中對科學的優化設計模型進行了提出。目前，已經有研究從結構壽命周期角度出發，對效益準則模式進行了提出，即在將經濟、社會問題進行融合的基礎上詳細描述受傷、死亡以及維修費用等，為相關工作的開展提出了有力的理論基礎。

5結語

在我國海洋石油事業不斷發展的過程中，較多的海洋平臺得到了建設。在上文中，我們對海洋平臺結構可靠性的優化設計進行了一定的研究。總體來說，在現今海洋平臺結構設計當中，做好結構優化設計已經成為了非常重要的一項工作，對此，即需要能夠在未來工作當中加強可靠性優化工作的開展，通過優化效果的提升保障工程建設質量。

參考文獻：

[1]郭小丹.大型煉化項目配套動力站供熱可靠性探討[J].化工設計通訊.2017，43（09）：167-168.

[2]王麗春，李軍強，朱林，馬兵.抽油機安全可靠性的灰色模糊評價研究[J].機械研究與應用.2016，28（01）：14-16.

[3]劉昌達.國際石油工程項目風險管理中可靠性識別問題及對策研究[J].科技資訊.2014（09）：142-143.

[4]孫貴生.提高鉆場主要設備可靠性的措施[J].西部探礦工程.2010，22（10）：148-149.