采用隐式弹塑性有限元方法（implicit elastoplastic FE method）对全尺寸三维自升式钻井平台进行承载能力分析，该方法考虑了斜向边界条件（skew-boundary condition）和一致切线算法（consistent tangent algorithm）

《Applied Ocean Research》：Bearing capacity analysis of a full-scale 3D jack-up rig by the implicit elastoplastic FE method incorporating the skew-boundary condition and consistent tangent algorithm

　　

Ty Phuor|Jinkui Qiu|Chaofa Zhao|Yanni Chen

摘要

预测三维（3D）自升式钻井平台的承载能力对于安全勘探海上碳氢化合物资源至关重要。现有的数值方法主要依赖于显式公式，这些公式需要使用非常小的时间步长或人工稳定技术来保持数值稳定性和准确性，尤其是在接近失效状态时。本研究提出了一种新的计算框架，该框架将基于切线刚度的隐式弹塑性有限元（FE）方法与基于斜边界条件的接口模型相结合，用于分析完整的3D自升式钻井平台基础系统的承载能力行为。结构部件被视为线性弹性体，而土壤则采用Mohr–Coulomb（MC）破坏准则进行建模。所提出的隐式公式保证了屈服面的连续性，从而在不使用极小时间步长的情况下维持数值准确性和稳定性，并且无需人为引入材料粘性来抑制数值不稳定性，从而避免了显式弹塑性方法中常见的模拟结果对材料粘性的依赖。通过将楔形基础和单个井架的计算承载能力系数（N_c）与现有设计方法和其他数值方法预测的结果进行比较，验证了该方法的有效性。该框架进一步应用于模拟全尺寸的3D自升式钻井平台系统，捕捉了土壤屈服和基础失效的渐进过程。结果表明，数值预测的N_c值略高于美国海军工程师协会（SNAME）和国际标准化组织（ISO）指南推荐的值，这表明这些简化方法可能具有保守性。