Stateczność i niezawodność pełnomorskich platform wiertniczych

Opis

Stateczność i niezawodność pełnomorskich platform wiertniczych

autor: Rozmarynowski Bogdan

Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej

 

Zasadniczy cel opracowania stanowi przedstawienie kompleksowego rozwiązania złożonych zagadnień dynamiki, stateczności i niezawodności wybranych konstrukcji platform pełnomorskich, funkcjonujących w surowych warunkach środowiska morskiego, wraz z podkreśleniem roli fundamentów tych konstrukcji. Drugim, nie mniej istotnym celem jest rozwinięcie zastosowania zaawansowanych metod analizy konstrukcji w ujęciu zmiennych losowych i procesów stochastycznych. Umożliwiają one głębszą analizę zachowania się złożonych obiektów, jakimi są platformy pełnomorskie. Znaczenie tych metod wzrasta w szczególności, kiedy należy się wypowiedzieć na temat porównania miar niezawodności konstrukcji już istniejących i ich nowych koncepcji.

Rozprawa składa się z ośmiu rozdziałów:

I – wprowadzenie;

II – omówienie rodzajów platform, przy założeniu podziału na dwie grupy, tj. konstrukcje utwierdzone w podłożu morskim oraz platformy samopodnoszące (jack-up rigs);

III –  omówienie współoddziaływania fundamentu z podłożem morskim, ponadto przedstawiono nieliniowy problem posadowienia platform na fundamentach palowych z uwzględnieniem stochastycznych właściwości podłoża;

IV – przedstawiono losowe modele obciążeń środowiskowych;

V – matematyczny model drgań platformy;

VI – dotyczy matematycznego modelu niezawodności, w którym scharakteryzowano przyjętą koncepcję niezawodności, wyrażoną za pomocą metody aproksymacyjnej FORM i SORM oraz symulacyjnej metody Monte Carlo;

VII – przedstawienie oryginalnych wyników obliczeń własnych autora dotyczące zagadnień drgań i stateczności platformy bałtyckiej oraz problemów stateczności, nośności i niezawodności w układzie porównawczym konstrukcji płaszczowej i konstrukcji minimalnych przewidzianych na potrzeby Morza Północnego;

VIII – uwagi końcowe.

Rozprawę zamykają załączniki, które odnoszą się kolejno do rozkładów probabilistycznych wybranych zmiennych losowych i twierdzenia granicznego Chasminskiego, oraz bibliografię.

 

Słowa kluczowe: współoddziaływanie fundamentu z morskim podłożem gruntowym, losowe modele obciążeń środowiskowych, dynamiczne równania ruchu platformy, matematyczny model niezawodności, rodzaje platform

 

SPIS TREŚCI

WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ I SKRÓTÓW

1. WPROWADZENIE

1.1. Wstęp

1.2. Cele i zakres rozprawy

2. RODZAJE PLATFORM

2.1. Wstęp

2.2. Platformy zamocowane w podłożu gruntowym

2.2.1. Platformy grawitacyjne

2.2.2. Platformy płaszczowe

2.2.3. Koncepcja konstrukcji minimalnych

2.2.4. Zakres analizy platform minimalnych

2.3. Platformy samopodnoszące

2.3.1. Polskie platformy na Morzu Bałtyckim

2.3.2. Parametryzacja elementów konstrukcyjnych i modele MES

2.3.3. Modelowanie podparcia platform samopodnoszących

3. WSPÓŁODDZIAŁYWANIE FUNDAMENTU Z MORSKIM PODŁOŻEM GRUNTOWYM

3.1. Wstęp

3.2. Zagadnienie kontaktowe płyta–podłoże

3.3. Posadowienie platformy na fundamentach palowych

3.3.1. Nieliniowe modele oddziaływania pal–grunt

3.3.2. Pionowe oddziaływanie pal–grunt

3.3.3. Poziome oddziaływanie pal–grunt

3.3.4. Macierzowe ujęcie zagadnienia pal–grunt

3.4. Zastosowanie metody VDM

3.5. Stochastyczne właściwości podłoża

4. LOSOWE MODELE OBCIĄŻEŃ ŚRODOWISKOWYCH

4.1. Uwagi ogólne

4.2. Obciążenia impulsowe

4.2.1. Trójparametrowy proces impulsowy

4.2.2. Funkcje przekroczeń i APIT

4.2.3. Energia kolizji bryła lodowa–platforma

4.3. Widmowy model obciążenia falami wiatrowymi

4.3.1. Wyznaczenie jednowymiarowej funkcji gęstości widmowej

4.3.2. Wybrane widma falowania

4.3.3. Widma prędkości i przyspieszenia cząsteczek wody

4.4. Widmo prędkości wiatru

4.5. Probabilistyczny opis ekstremalnych parametrów fali

5. DYNAMICZNE RÓWNANIA RUCHU PLATFORMY

5.1. Uwagi ogólne

5.2. Równania dyskretyzowanego ruchu platformy

5.2.1. Macierz bezwładności układu

5.2.2. Macierz tłumienia

5.2.3. Macierz sztywności układu

5.3. Siły wymuszające

5.3.1. Oddziaływanie konstrukcji z wodą

5.3.2. Obciążenie wiatrem

5.3.3. Współoddziaływanie konstrukcji z podłożem gruntowym

5.4. Metody rozwiązania dynamicznych równań ruchu

5.4.1. Transformacja własna

5.4.2. Całkowanie numeryczne nieliniowych równań ruchu

5.4.3. Metoda macierzy transmitancji

5.4.4. Metoda linearyzacji stochastycznej

5.4.5. Metoda perturbacji

5.4.6. Metoda stochastycznego uśredniania

6. MATEMATYCZNY MODEL NIEZAWODNOŚCI

6.1. Definicja systemu losowego

6.2. Koncepcja niezawodności

6.2.1. Przypadek podstawowy

6.2.2. Definicja granicznej powierzchni awarii

6.3. Koncepcje aproksymacyjne w zagadnieniach niezawodności

6.3.1. Aproksymacje liniowe FORM

6.3.2. Aproksymacje nieliniowe SORM

6.3.3. Niezawodność układów konstrukcyjnych

6.3.4. Wyznaczanie niezawodności układów konstrukcyjnych

6.4. Metoda Monte Carlo

6.4.1. Metoda symulacji kierunkowych

6.4.2. Metoda Monte Carlo według funkcji ważności

6.4.3. Metoda symulacji kierunkowych według funkcji ważności

6.5. Metoda powierzchni odpowiedzi

7. PRZYKŁADY NUMERYCZNE

7.1. Wskaźnik bezpieczeństwa konstrukcji – przykłady testowe

7.2. Porównanie modeli numerycznych platformy grawitacyjnej CONVIB

7.3. Analiza deterministycznych drgań nieliniowych

7.4. Widma odpowiedzi drgań bałtyckiej platformy samopodnoszącej

7.4.1. Wstęp

7.4.2. Funkcja transmitancji obciążenie–odpowiedź konstrukcji

7.4.3. Transmitancja kinematyki fal–obciążenie

7.4.4. Widma odpowiedzi konstrukcji

7.4.5. Przykład numeryczny analizy widmowej

7.4.6. Wnioski z analizy widmowej

7.5. Wrażliwość i niezawodność platformy Petrobaltic

7.6. Efekt degradacji podłoża w wyniku obciążeń cyklicznych

7.6.1. Opis problemu

7.6.2. Przyjęty model MES platformy

7.6.3. Funkcje graniczne

7.6.4. Wnioski z analizy cyklicznej

7.7. Stateczność globalna platformy samopodnoszącej w fazie eksploatacji

7.7.1. Wstęp

7.7.2. Sformułowanie problemu stateczności

7.7.3. Przykład określania stateczności platformy Petrobaltic

7.8. Nośność, stateczność i niezawodność konstrukcji minimalnych

7.8.1. Dane konstrukcji płaszczowej (jacket)

7.8.2. Wyniki analizy konstrukcji płaszczowej (jacket)

7.8.3. Porównanie wyników obliczeń konstrukcji minimalnych

8. UWAGI KOŃCOWE

ZAŁĄCZNIK 1. Rozkłady wybranych zmiennych losowych

ZAŁĄCZNIK 2. Twierdzenie graniczne Chasminskiego

BIBLIOGRAFIA

Streszczenie w języku polskim

Streszczenie w języku angielskim