自升式海洋平台结构数字孪生模型构建方法研究.pdf

自升式海洋平台结构数字孪生构建方法研究

摘要

结构安全性是海洋平台正常运营的前提和基础，在复杂海况条件下，对海洋平台进

行监测和状态评估是保证其安全性的有效手段。目前，现有结构安全监测技术一般只能

获得有限数量监测点部位结构的当前状态，难以全面反映结构全局和细节状态以及运营

过程结构状态的演化，而采用结构数字孪生模型技术可很好地解决这一问题。本文以自

升式海洋平台为背景，研究其建立结构数字孪生模型构建方法，研究工作主要有：

(1)应用结构有限元理论及方法，创建了可用于结构数字孪生模型的自升式平台整

体结构有限元模型，通过典型工况分析了其结构响应特性，给出了可用于状态监测和评

估的关注点；

(2)根据规范要求和建造工艺从关注节点中选出了监测布置点，并提出了监测点布

置方法；然后将不同环境载荷的单位载荷响应与对应的作用载荷进行了储存，再结合选

取的监测布置点，构建了用于驱动模型的载荷响应库，并给出了载荷响应库的构建方法；

(3)基于用于驱动模型的载荷响应库，对平台在不同组合载荷作用下的响应特性进

行了研究，并研究了它们和单独载荷作用时的关系，进而根据有限的监测应力对平台的

遭遇环境载荷进行了反演，并提出了平台载荷反演的方法；最后将反演的载荷施加到有

限元模型上，从有限元分析结果提取监测点应力并与实际监测应力进行了对比，以此完

成了平台结构数字孪生模型的数值试验验证。

关键字：数字孪生；监测点布置；载荷响应库；组合载荷；载荷反演

自升式海洋平台结构数字孪生构建方法研究

Abstract

Structuralsafetyisthepremiseandfoundationforthenormaloperationofoffshore

platforms.Undercomplexseaconditions,monitoringandconditionassessmentofoffshore

platformsisaneffectivemeanstoensuretheirsafety.Atpresent,theexistingstructuralsafety

monitoringtechnologycanonlyobtainthecurrentstateofthestructureatalimitednumberof

monitoringpoints,whichisdifficulttofullyreflecttheglobalanddetailedstateofthestructure

andtheevolutionofthestructuralstateduringtheoperationprocess.Thestructuraldigitaltwin

modeltechnologycansolvethisproblemwell.Basedonthebackgroundofjack-upoffshore

platform,thispaperstudiestheconstructionmethodofstructuraldigitaltwinmodel.The

researchworkmainlyincludes:

(1)Basedonthetheoryandmethodofstructuralfiniteelement,thefiniteelementmodel

ofthewholestructureofjack-upplatformwhichcanbeusedforstructuraldigitaltwinmodel

isestablished.Thestructuralresponsecharacteristicsareanalyzedthroughtypicalworking

conditions,andtheconcerns