脚靴式海上升压站灌浆连接段强度分析研究

与国内已建成的海上升压站相比，脚靴式海上升压站导管架对桩和套筒间的灌浆连接强度要求更高，完全套用单桩风电结构的分析方法会使结构设计不准确。由于桩和套筒之间设置有剪力键，当特殊情况时还需增加灌浆连接增强钢筋，在地震及撞船作用下容易导致灌浆接触界面分离等破坏，当前尚未有针对此类情况系统的灌浆连接强度校核方法。以某脚靴式海上升压站为例，分析其在在位、撞船、地震、疲劳等多个主控工况下灌浆连接、剪力键及增强钢筋的强度及稳定性，结果表明该海上升压站灌浆连接段满足设计要求，并研究了各参数对灌浆连接段强度的敏感程度，为今后脚靴式海上升压站各主控工况下的灌浆连接段强度分析、优化设计提供参考与借鉴。     

典型海上升压站地震储备承载系数研究

海上升压站是海上风电场中不可或缺的组成部分,其结构型式与传统的海上油气平台有所差异,完全套用现有抗震分析方法可能使结构设计不经济。由于地质条件特点不同,国外海上风电场鲜有位于高地震烈度区的案例,因此当前有关海上升压站抗震设计的理论和经验也不充分。针对我国首个位于高地震烈度区内的海上升压站,建立精细化有限元模型,利用非线性静力推覆分析方法,并结合敏感性分析结果与工程实际情况给出其地震储备承载系数的合理化取值,为今后典型海上升压站的抗震设计提供参考与借鉴。     

基于有限元分析的卷管法管道安装实时研究

采用卷管法铺设管道时,管道和铺设设备之间的接触作用十分复杂,并且管道在弯曲过程中将会产生塑性变形并可能发生局部屈曲,导致管道失效。基于有限元模型(FEM)实时模拟卷管法安装的整个过程,研究管道与铺设设备之间的接触作用;分析管道对于环境载荷和船体运动的动态响应;获得管道的应力应变值以校核局部屈曲。研究结果表明,管道弯矩大部分来源于管道与安装设备间的接触作用,而环境载荷及船体运动对管道的弯曲应力影响较小。     

一种基于状态空间模型的浮式海上升压站平台动力响应计算方法研究

浮式海上升压站的动力响应分析是其设计阶段的重要内容,对浮式升压站进行结构优化进而改进其水动力性能意义重大。提出一种基于状态空间模型的浮式海上升压站平台动力响应算法,该方法通过频域拟合的方法计算延迟函数频响函数有理分式的系数,得到延迟函数的极值和留数,进而构建延迟函数的状态空间模型,通过状态空间模型代替Cummins方程中的卷积项,从而计算浮式海上升压站的动力响应。采用日本福岛示范项目的浮式升压站模型对方法进行验证,结果表明计算得到的动力响应与商业软件SESAM计算结果吻合较好,说明方法的有效性。     

深水S型铺管中残余变形对屈曲压力的影响

随着S型海管铺设逐步走向深水,管道在铺设过程中承受的荷载增加,发生一定程度的塑性变形。本文讨论S型铺设引起的残余塑性变形对管道屈曲承载能力的影响。首先基于壳单元建立"管道-托辊"相互作用的局部有限元模型,分析了管道在铺设过程中的受力状态,获得了管道的残余塑性变形。然后以该残余变形作为管道非线性屈曲分析的初始缺陷,基于改进的RIKS方法计算了管道的临界屈曲压力。研究结果表明,铺设残余塑性变形在一定程度上削弱管道的承载能力,在深水铺设中应予以考虑。     

海上升压站在靠船工况下振动舒适性研究

国内外海上风电开发正逐渐走向成熟阶段,但早期的工程设计对海上升压站在靠船工况下的振动舒适性关注不够,相关的规范体系或可依据的准则也没有建立。针对实践中出现的这一问题,以位于江苏海域的某典型海上升压站结构为对象,进行了船舶碰撞工况下的动力数值模拟,分析了不同碰撞位置对结构响应的影响,以及上部组块不同区域的响应分布情况,并提出了改善舒适性的建议。     

椭圆度-凹坑双缺陷海底管道局部屈曲特性研究

海底管道在制造、埋设以及使用过程中极易产生椭圆度-凹坑双缺陷,双缺陷影响管道局部屈曲,对含椭圆度-凹坑双缺陷海底管道的局部屈曲特性研究十分必要。现行规范中采用等效椭圆度对含椭圆度-凹坑海底管道进行评估,该方法无法准确评估不同缺陷形式的屈曲特性。采用形状系数对含椭圆度-凹坑双缺陷的海底管道进行评估,运用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,并进行试验验证。在此基础上对含有不同凹坑深度、不同椭圆度的海底管道进行局部屈曲的数值模拟,计算不同形状椭圆度、含有不同凹坑深度海底管道的形状系数,对其进行敏感性分析。计算结果表明:形状系数对海底管道椭圆度、凹坑深度、径厚比敏感性较强;对凹坑宽度敏感性较弱。     

固定式海洋平台的可靠性分析

本文建立了固定式海洋平台结构系统准静态可靠性分析的公式体系。在构件可靠性指数分析中提出了有限元一阶二次矩方法和系统失效分析中的子结构模型,对海洋平台结构的若干个重要的不确定随机变量作了讨论。最后对一简单的导管架平台作了实例分析,给出了立柱屈曲的失效面模型,并证明了方法的有效性。     

正压冲固平台结构分析中基础边界条件的影响

正压冲固平台是一种采用短桩加固基础的新型海洋采油平台,对于这种新型的平台结构,在结构分析和构件强度校核中必须考虑其有限元模型的基础边界条件处理问题。本文提出了正压冲固平台有限元计算模型中基础边界条件的一种简化方法,将两个水平方向的扭转自由度简化为扭转弹簧边界元,其余自由度简化为固定约束。通过计算分析得到了不同的边界约束刚度系数的取值对平台总体位移和强度校核应力的影响及变化趋势。结论是,平台结构对约束刚度系数K的反应在10^4～10^4之间时比较明显,对K的敏感度最为强烈：在此范围之外,平台反应分别接近于简支约束情况和刚性约束情况。尤其对于接近约束边界的单元,其应力变化最敏感。     

受轴向压力开孔板极限强度有限元分析研究

使用有限元方法对不同边界条件下受轴向压力的多种类型开孔板的极限强度进行了研究。考虑到板的极限强度所涉及的非线性问题,运用ABAQUS/Standard弹塑性大挠度分析来求解极限强度。在计算了系列不同开孔位置及开孔大小的板的屈曲强度后,分析了各种边界条件及开孔形式对开孔板的极限强度的影响程度。最后在得到规律的基础上提出了适用于一定边界条件下的经验公式,可以在初步设计中用于估算开孔板的极限强度值。     

安全叠接管节点在低周循环载荷下的破坏模式研究

采用实验和数值模拟方法研究了一种新型海洋平台管节点在地震载荷下的响应和破坏情况。采用拟静态循环加载模拟地震载荷 ,对真实尺寸的试件进行实验 ,研究局部屈曲和裂纹等对管接点抗震性能的影响。能量分析表明 ,发生在斜支管中的局部屈曲消耗了大部分输入能量。与现在使用的N型管节点相比 ,该新型管节点有较好的抗震性能。采用有限元数值模拟方法分析比较了不同尺寸配置下 ,该型管节点的响应曲线     

Upheaval buckling of surface-laid offshore pipeline

Offshore pipelines operating under high pressure and temperature are subjected to upheaval buckling. Pipeline behaviour in upheaval buckling depends on a number of factors including the shape of pipeline imperfection, installation stresses, loading types, seabed sediment behaviour and the flexural stiffness of the pipe. Current method of predicting upheaval buckling is based on simplified shapes of pipeline imperfection developed for idealized seabed conditions. To account for the effect of internal pressure, the pressure load is represented using an equivalent temperature. However, the applicability of these idealizations on the prediction of upheaval buckling has not been well-investigated. In this paper, the three-dimensional finite element modelling technique is used to investigate the applicability of idealized shapes and their effects on the upheaval buckling of pipeline for a seabed condition at offshore Newfoundland in Canada. The finite element model is then used to conduct a parametric study to investigate the effects of installation stress, loading types, seabed parameters and the flexural stiffness of the pipe. Finally, a design chart is developed to determine the optimum height of seabed features to manage pipeline stability against upheaval buckling under different temperature and pressure loadings.     

海上平台桶基沉贯渗流场的有限元法数值模拟

桶形基础平台是一种新型的海洋平台,这种型式的平台与传统的导管架式平台的主要区别在于采用桶形基础代替打下桩基础,桶形基础的负压沉贯过程是一个复杂的水动力过程,其关键在于主动脉施加的桶内外压力差产生渗流场,渗流场的形成与发展对于负压沉贯有决定性的影响。本文用有限元分析方法对桶形基础负压沉贯流流场进行动态模拟,建立了桶形基础负压沉贯过程中渗流场的有限元分析模型,模型试验的结果与按有限元分析计算模型得一的     

不同径厚比的海底管道压溃屈曲研究

为了探索不同径厚比海底管道的压溃屈曲特性,本文分别采用挪威船级社（Det Norske Veritas,DNV）规范、有限元模拟和深海压力舱模型试验,研究不同径厚比海底管道承载外部水压的能力,并就DNV规范压溃屈曲计算公式对不同径厚比管道的适用性进行了讨论,优化了小径厚比海底管道压溃屈曲的设计方法。研究表明：小径厚比管道的压溃屈曲临界压力对管道径厚比的变化更敏感;DNV规范计算小径厚比管道的压溃屈曲临界压力偏小,在进行深海管道的压溃屈曲设计时,建议采用模型试验结合有限元模拟的方法,计算管道实际可提供的压溃屈曲承载力。     

水下加筋圆柱壳结构声散射特性研究

采用有限元/边界元(FEM/BEM)方法对水下加筋圆柱壳结构的声散射特性进行分析。考虑入射声场激发弹性结构振动产生二次辐射声场,总声场为入射场与散射场之和。基于Mindlin理论建立结构受迫振动的有限元模型,考虑入射声场为简谐激励,采用模态叠加法求出结构振动表面速度。根据声学边界元相关理论,利用有限元方法计算得出的弹性结构表面动力相应,可求出弹性结构的散射声场。研究结果表明,在同一波数下,不加筋结构后向散射强于加筋结构;加筋结构的散射指向性图案分叉较为明显;同种结构在波数增加的时候后向散射强度逐渐增大,前向散射强度逐渐减弱。     

Investigation of Performance of Turret Assembly in Inboard Turret Mooring System

To fulfil the need of development of offshore oil floating production system, the performance of turret assembly in an inboard turret mooring system has been investigated in the paper. By means of systematic evaluation, the optimal structure of the turret for single-point mooring systems has been determined. Through model tests of a turret mooring system, several groups of data such as forces, moments and displacements under different environmental conditions have been obtained. Stresses and strains of the turret structure have been calculated by means of the finite element method corresponding to the situation in the model experiment. The study shows that the selected turret structure and the designed turret assembly are technically feasible.     

基于优化设计理论的高桩码头结构振动有限元模型修正

高桩码头是码头建筑物中应用最广泛的结构形式,利用高桩码头物理模型振动测试结果对码头结构有限元模型的修正进行研究。以结构特征灵敏度分析为基础进行了基于优化理论的有限元模型修正。修正后的有限元模型动力特性更趋近于实测值,同时为高桩码头结构的动力响应分析、损伤诊断和整体性评估提供基准。     

基于ABAQUS的卷管式铺管法管道变形敏感性分析

卷管式铺管法在海管铺设中的应用愈发广泛,在铺设作业中管道会发生几何非线性变形,导致出现复杂的力学性能变化。针对管道在上卷、退卷过程中的屈服变化过程,通过弹塑性理论进行分析,推导出管道退卷后残余轴向应力的解析解;随后利用有限元软件ABAQUS建立模型实例,对比解析解与有限元模型,两者的计算结果基本吻合。基于上述有限元模型,研究上卷时的张力和退卷时的后张力对椭圆度、截面轴向应力和剪切应力的影响,并进行敏感性分析。模拟结果表明张力和后张力变化会影响管道截面的变形程度,退卷后截面上残余的轴向应力远高于剪切应力,并且通过敏感性分析,得到了残余椭圆度、残余应力随张力和后张力变化的规律。研究可为卷管铺设过程中张力和后张力的选择提供参考和借鉴。