TLD的减振原理及其在JZ20－2MUQ平台减冰振中的应用研究

ＴＬＤ在基底运动下内部液体对基底结构的作用可由分析液体运动或直接通过试验测定得到，将所得的ＴＬＤ对基底结构作用与基底运动的关系直接应用到结构动力平衡方程中，求得结构系统在安装ＴＬＤ后在外力作用下的响应。根据这一思路，建立了ＴＬＤ减振作用的分析步骤和表达式。运用该方法对ＪＺ２０－２ＭＵＱ平台利用ＴＬＤ减冰振进行了试验和分析研究。首先测定在ＪＺ２Ｏ－２ＭＵＱ平台减冰振中采用的原型ＴＬＤ的基底剪力关于基底位移的传递函数和阻尼系数，将测量值代入在安装ＴＬＤ后的结构响应关于外力传递函数表达式中求得其值，由安装ＴＬＤ所带来的结构响应传递函数值变化推算减振效果。此外，通过ＪＺ２Ｏ－２ＭＵＱ平台利用ＴＬＤ减振的室内模拟和现场试验验证该方法预报结果是可靠的。     

浅水调谐液体阻尼器阻尼力的模拟研究

调谐液体阻尼器(TLD)是有效的结构减振装置。TLD在激励作用下内部液体运动属于晃荡问题。本文建立了求解二维不可压缩Navier-Stokes方程的数值模型。数值模型采用对时间积分的分步方法求解压力项,THINC格式捕捉自由面。利用晃荡试验数据验证了模型计算结果的正确性。模拟了不同深度的浅水TLD在不同频率激励作用下内部液体的运动,计算了TLD晃荡产生的阻尼力。分析激励频率对TLD中液体运动的形态和阻尼力的影响。浅水TLD中液体运动形态主要为行波。TLD产生的阻尼力受激励频率影响,在固有频率附近产生共振现象,阻尼力大,减振效果理想。     

锥体导管架海洋平台冰激结构振动响应分析

渤海冰区油气开发中,在桩腿上安装抗冰锥体的导管架平台是最常见的结构形式.冰激结构振动不仅会造成平台结构的损伤,还将对平台上部管线和设备的安全运行构成极大的威胁,并影响平台作业人员的正常生活和生产操作.针对渤海冰区锥体平台结构冰激振动响应的三种计算方法进行了研究,即平台结构的有限元分析、简化的结构动力分析和冰振响应幅值统计分析.以辽东湾JZ20-2油气田的MUQ平台为例,对以上三种冰振响应计算方法进行对比,以讨论它们的一致性和各自的适用条件.结果表明,这三种分析方法的计算结果基本一致,但有些计算参数需要现场实测资料的确定.     

规则波作用下圆形调谐液体阻尼器的试验研究

对规则波作用下圆形调谐液体阻尼器的可行性及有效性进行了试验研究，探索调谐液体阻尼器对于固定式海洋平台结构成振的实用性。调谐液体阻尼器的减振性能通过结构响应的减小程度来评价。试验观测了容器中液体的运动形态，同时考虑容器的大小、数目，阻尼器与平台结构、波浪三者之间的频率比，质量比以及激振波浪参数等诸多因素的影响，得到了利用调谐液体阻尼器进行固定式海洋平台减振设计的具有指导意义的结论。     

转角阻尼器对海洋平台-摇摆墙体系抗振分析

在海洋平台摇摆墙体系基础上,提出在海洋平台和摇摆墙之间刚性连接杆的铰接点处安装粘弹性转角阻尼器的减振措施,对海洋平台进行进一步减振控制。对粘弹性转角位移阻尼器的刚度和阻尼参数进行了优化分析,可知阻尼器的阻尼与刚度在结构减振中起到了十分重要的作用,且存在特定范围内的优化值。以JZ20-2北高点井口平台为例,利用ANSYS进行地震荷载作用和实测挤压冰荷载下的仿真分析,研究了粘弹性转角阻尼器在海洋平台和摇摆墙之间刚性连接杆铰接点处的不同安装方式,对比分析减振效果。结果表明,在该体系刚性连接杆的铰接点处安装粘弹性转角阻尼器能显著降低结构的振动反应,连接杆右侧安装粘弹性转角阻尼器的方式为减振效果最佳方式。     

冰激振动下简易平台的动态优化设计

简易平台是边际油田开发的主要结构形式,由于平台结构形式简单,受到动力荷载作用响应比较大。采用动态设计可以合理优化平台结构形式,达到降低平台动力响应的效果。文中以JZ20-2NW简易平台为原型,运用ANSYS有限元分析软件对其进行冰激振动下的动态优化设计。结果表明,动态设计减振效果明显,可供设计人员参考。     

局地海冰数值预测的冰激结构响应计算

在渤海海冰数值预测的基础上，通过渤海海冰的热力—动力模型，对油气作业区的冰厚、冰速、冰温等海冰参数进行短期数值预测，并以此对海冰的盐度、卤水体积、弯曲强度等海冰物理力学参数进行推算，进而对冰激平台结构响应进行计算分析。以辽东湾JZ20-2油气田的MUQ平台为例，对1999／2000年冬季的冰激结构振动响应进行了预测，其结果与实测情况较为吻合。     

基于水下光纤应变监测的导管架结构总冰力测量方法

基于测量结构水下光纤应变获取冰力的方法首次应用于渤海JZ20-2NW加锥导管架平台,该方法方便进行零点标定,可获取结构总冰力的绝对信息(包括均值和波动值)。首先介绍了JZ20-2NW平台的现场监测系统,主要包括结构水下应变响应记录冰力信息,甲板上部视频记录同步冰情(冰厚、冰速和来冰方向)信息和拾振器记录结构冰振响应;重点分析了由测点应变向结构总冰力的转化方法,并对总冰力进行了初步分析。将无量纲化实测冰力与5种典型冰力计算模型进行了比较,分析结果表明,锥体宽度与海冰厚度比值(简称"宽厚比")对冰力大小及变化起决定作用。     

辽东湾锥体平台结构疲劳冰荷载的蒙特卡洛模拟

利用辽东湾JZ20-2海域的海冰现场监测和数值推算资料,确定了海冰的厚度、速度和弯曲强度等海冰参数的概率分布特征;通过构造锥体结构动冰力函数,对该海域锥体平台结构的疲劳冰荷载进行了蒙特卡洛模拟.统计结果表明冰力幅值和冰力周期均符合对数正态分布.为更加合理地确定锥体平台结构的疲劳冰荷载,对冰力幅值和周期进行了联合概率分析.研究成果可用于辽东湾JZ20-2海域锥体平台结构的可靠性设计和疲劳寿命评估。     

海底地基形位测量仪研制与海上试验研究

为了实现对海洋平台海底地基形位进行高效精细测量,基于多波束测深原理研制了拥有自主知识产权国产首套海底地基形位测量仪;文中给出海底地基形位测量仪的工作原理、系统组成,设计方案和主要关键技术,并在对该设备进行水池测试的基础上进一步开展了JZ20-2MUQ石油钻井平台海上外场实地测量试验研究,并对测量数据进行了细致处理获得了平台桩腿受冲刷影响形成的坑形信息;与传统潜水员探摸结果进行比对的结果表明该设备技术先进、测量结果有效可信,可以为海洋平台地基基础测试分析与安全评估提供重要的桩基形位信息。     

冰力现场量测的间接法及其数据处理程序

本文比较了冰力现场量测的直接法和间接法,针对间接量测法,提出了用于多自由度体系的、由结构加速度响应及应变响应反求冰力的反序计算法,并分别编制了两套计算机程序,一套是利用加速度响应反求冰力的;另一套是利用应变响应反求冰力的。同时,还利用渤海辽东湾JZ20-2导管架平台1:50的模型实验,证明了本文提出的用结构的加速度响应和应变响应反求冰力的计算原理和程序的正确性。     

基于统计分析的半潜式平台气隙预报方法研究

以浮式半潜平台为研究对象,针对影响气隙结果的波浪非线性效应进行研究分析。通过分析平台气隙响应特性,确保平台在极端海况下的安全性。首先通过数值计算与模型试验,对一座浮式半潜平台在极端海况下的气隙响应进行计算与测量;进一步对平台附近18个典型位置的波面升高响应进行统计分析与概率分布拟合处理;最终求得反映各处波浪非线性强度的非线性因子∂值,并与OTG-13规范中的建议值对比讨论。结果发现∂的计算值与建议值并不完全一致,由于波浪受平台运动及平台结构扰动影响,平台下浮体附近处波浪非线性效应较强,计算值较建议值大,需要重点考虑分析。相应地,距离平台结构较远位置处的计算结果与建议值一致。     

深水浮式平台垂荡运动与水下柔性立管涡激振动的动力耦合

基于有限元数值模拟,进行了"平台垂荡-顶张力立管涡激振动"整体系统的动响应数值模拟。动响应模型考虑了立管尾迹流场的水动力与结构动力的耦合和垂荡引起的立管结构刚度的时变特性;分析了平台垂荡运动的频率、模态阶数等因素对水下顶张力立管涡激振动的影响。数值结果表明:与不考虑平台运动相比,立管的动响应位移会增大;立管响应幅值随着模态阶数的降低而增大;在响应过程中,尤其对于低阶模态,会出现响应的模态转换现象。鉴于在平台垂荡和涡激振动的共同作用下,立管的动响应会大于涡激振动、参数激励分别单独作用的响应,建议在立管实际工程设计中应该考虑平台运动和涡激振动耦合激励作用下的结构动响应。     

系泊模式对深水Spar平台运动性能的影响

在频域和时域内研究对等分布式系泊和分组式系泊2种系泊模式对Spar平台运动性能的影响,并分析单根系泊缆破断失效后平台运动性能的变化。首先建立Spar平台的三维水动力模型,通过在平台柱体导缆孔处指定预张力、倾角和刚度来模拟系泊系统的影响;然后采用三维势流理论进行浮体水动力计算,获得Spar平台运动响应的传递函数等水动力参数;最后根据实际海况资料,在平台生存工况下,进行Spar平台在完好系泊和单根系泊缆破断失效状态下运动响应的短期预报,并在时域内进行耦合分析,研究平台运动响应和系泊缆张力变化情况。研究结果对Spar平台系泊系统设计和平台设计前期运动性能研究有参考意义。     

基于半仿真实验系统的调谐质量阻尼器等效阻尼力测量

为了研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)在海洋平台冰激振动中的减振效果,提出一种基于半仿真实验系统的TMD等效阻尼力测量方法,利用该系统可以直接测试结构安装TMD装置时产生的作用力.介绍该实验系统的测试原理及等效阻尼力的测量方法,并在正弦位移输入下,对TMD装置进行了测试,比较等效阻尼力的实测值与计算值,结果证明利用该系统可以测量得到TMD的等效阻尼力.     

畸形波作用下半潜浮式风机系泊失效停机响应分析

半潜浮式风机逐渐在深海风电开发中受到关注,建立风机、平台与系泊结构耦合数值计算模型,通过FAST与AQWA链接进行风机塔基荷载及平台运动响应相互耦合传递,基于随机波与极限波组合模型生成畸形波时程序列,进行半潜浮式风机系泊失效全过程时域模拟计算分析,得出系泊锚链张力、风机、塔筒和平台运动时程响应,探究系泊失效、风机停机和叶片变桨速率对浮式风机平台系泊结构动力响应的影响。结果表明：畸形波作用下浮式平台和系泊结构动力响应显著,系泊失效导致塔基剪力增加,平台纵荡和纵摇运动响应显著增大;风机停机会引起系泊锚链张力显著减小,转子推力、塔基剪力和叶尖挥舞位移响应逐渐衰减,平台纵荡、纵摇和横摇运动响应显著减小;随着叶片变桨速率增加,风机转子推力和塔基剪力波动幅值增大。     

导管架平台非线性随机响应分析

本文分析研究了导管架平台结构在随机波浪作用下的动力响应问题。采用空间刚架单元建立有限元方程。认为海浪是零均值、平稳、各态历经的高斯过程,波高谱服从P-M分布.利用线性波理论及广义Morison公式计算波浪载荷。计及流体与结构运动之间的耦合,用统计线性化方法处理非线性水动阻尼力。结构的均方响应通过迭代求得。计算了一个总高65m、工作水深55m的平台结构在多种工况下的均方响应,并分析比较了几种不同简化模型所得结果之间的差异。     

锥体导管架海洋平台冰激振动的DEM-FEM耦合分析及高性能算法

在寒区海域,冰荷载是影响海洋平台安全运行的主要环境荷载之一,由其引起的冰激振动给平台结构及其上部设备带来了严重危害。为分析不同冰况下平台的振动响应,本文建立了导管架海洋平台冰激振动的离散元（DEM）-有限元（FEM）耦合模型。采用具有黏接-破碎性能的等粒径球体离散单元对海冰的破碎特性进行模拟,通过由梁单元构建的海洋平台有限元模型获得结构的振动响应。在离散元与有限元的接触区域中实现了两个模型间计算参数的传递。为提高该耦合模型的计算效率和规模,发展了基于动力子结构方法的DEM-FEM耦合模型。为验证该耦合模型的有效性和可行性,将不同冰况下得到的冰荷载与ISO19906和JTS 144-1-2010标准进行了对比。结果表明,计算得到的冰荷载与标准相近,且冰厚与冰荷载呈二次非线性关系。同时,从冰速和冰厚两方面对比了渤海四桩腿JZ20-2 MUQ锥体导管架平台冰激振动加速度的数值结果和现场实测数据,发现冰速与振动加速度呈线性关系,冰厚与振动加速度呈二次非线性关系,并且振动加速度与冰速和冰厚平方的乘积呈线性关系。     

海洋平台基于隔振锥体装置的减振效应研究

针对导管架式海洋平台结构型式与特点,利用冲击隔振理论,将冰锥体与隔振技术结合起来,提出一种能有效降低冰荷载激励的"两级柔性隔振锥体"设计方案。建立了两极隔振锥体简化计算模型,确定了系统振动传递系数参数之间的关系。通过建立海洋平台有限元模型,采用有限元程序,进行了模拟冰荷载激励下的振动响应分析,并对安装隔振装置的小比例模型结构进行了冲击荷载下的减振试验。结果表明采用"两级柔性隔振锥体"能有效降低传递给海洋平台的冰力极值,减小海洋平台冰激励的响应。     

新型干树半潜式海洋平台垂荡运动性能研究

在深海油气田开发中,干式采油树比湿式采油树具有更多优势。为减小半潜平台的垂荡运动,使其能够采用干式采油树,对一种深吃水且具有大面积下浮箱的新型半潜平台的运动性能进行了探究。基于势流理论,采用频域和时域相结合的分析方法,计算了平台在多种海况下的运动响应,为新型平台的运动分析和设计提供指导。同时,开展了水池模型试验,将计算结果与试验结果相比较,验证了数值模拟结果的准确性。为进一步探究新型平台的运动性能,研究了下浮箱放置深度对平台运动性能的影响,并进行相应的模型试验。研究表明:下浮箱的存在可大幅改善新型干树半潜平台的垂荡运动性能。综合考虑平台运动性能和工程实际应用条件,确定了最合适的下浮箱放置深度值。