抗冰导管架平台冰激疲劳寿命估计

基于安全寿命设计理论,论述了抗冰平台冰激疲劳寿命估计的方法,给出了谱分析和时间域分析方法的内容和流程,其中疲劳冰荷载和冰疲劳环境模型是冰激疲劳估计的两个关键问题。基于渤海冰情和冰荷载连续多年现场观测数据,初步建立了渤海JZ20-2海域海冰疲劳环境模型和锥体结构冰力谱,并利用谱分析方法,对新建的JZ20-2NW平台进行了详细冰激疲劳估计。此方法对抗冰平台的安全评估与动力分析具有一定的借鉴意义。     

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。     

渤海、北黄海海冰与气候变化的关系

渤海和北黄海的冰情随着历年冬季气候差异而不同.暖冬海冰覆盖范围不足海域的15%,而寒冬可覆盖海域80%以上.概述了海冰监测及资料来源.冰覆盖面积、外缘线位置和冰况等级等被作为反映结冰海域冰情的指标.用大连和营口站的气温表示渤海、北黄海海域的局地气候.用1952～2000年大连的月平均气温描述冰情的变化.给出冰情指数由1952/1953年到1999/2000年随大连站月平均气温变化.影响渤海和北黄海冰情和气候的因子很多,诸如大气环流的演变和太阳活动等.分析了多种因子与冰情的滞后相关,指出20世纪90年代渤海冰情持续偏轻与全球气候变暖趋势相当一致;渤海和北黄海冰情的年际变化与El-Nino现象以及太阳活动周期有关;讨论了海冰季节演变的特征     

基于质点-网格模式的海冰厚度变化过程数值模拟

根据渤海冰情,在海冰动力学和热力学研究基础上,应用一种质点-网格海冰模式于渤海海域.该模式采用了质点-网格法,有效地避免了传统模式的数值扩散问题.该模式采用了冰厚分布函数,用多种类型冰代替用于渤海业务预报的平整冰、堆积冰和开阔水3-level模式.进行理想场的数值试验,模拟冰厚变化动力过程.还使用该模式和业务预报模式对于实际渤海冰情进行了不同个例的预报试验,发现该模式在提高冰外缘线预报精度方面有一定的优势.     

渤海冰-海洋耦合模式Ⅰ.模式和参数研究

在国内外冰-海洋耦合模式研究基础上,根据渤海水文、气象和冰情特点,以国家海洋环境预报中心的渤海海冰预报模式和POM海洋模式为基础,开发了一个冰-海洋耦合模式.在该耦合模式中,冰和海洋之间的动量和热量交换是双向的,冰厚和冰密集度的变化不仅由冰表面和冰底的热收支决定,还由开阔水的表面热收支决定.侧重阐述了耦合模式的动力和热力学过程的耦合,并对模式中一些热力参数进行了讨论.     

渤海冰-海洋耦合模式——I．模式和参数研究

在国内外冰-海洋耦合模式研究基础上，根据渤海水文、气象和冰情特点，以国家海洋环境预报中心的渤海海冰预报模式和POM海洋模式为基础，开发了一个冰-海洋耦合模式．在该耦合模式中，冰和海洋之间的动量和热量交换是双向的，冰厚和冰密集度的变化不仅由冰表面和冰底的热收支决定，还由开阔水的表面热收支决定．侧重阐述了耦合模式的动力和热力学过程的耦合，并对模式中一些热力参数进行了讨论．     

基于雷达海冰图像互相关的冰漂流场测量

我国的渤海和黄海北部在每年冬季都出现不同程度的冰情,它直接影响结冰海区的石油平台、船舶以及港口等设施的正常作业,对海冰的观测与预报随着上述海区的开发利用越发显得重要,利用航海雷达连续准确地跟踪海冰漂移运动轨迹,是当今观测、调查、研究冰漂流移动规律的有效方法之一,我国的科研人员利用雷达成像技术对渤海的冰情进行了长期的雷达海冰观测、研究,在由雷达海冰图像对海冰的物理特征的识别、分类以及冰漂流场测量方面取得了一些进展[1-4]。     

1997／98年冬季渤海和黄海北部冰情特征分析

海冰预报是渤、黄海重要的海洋灾害性预报项目之一。本文对１９９７～９８年冬季渤海及黄海北部的冰情概况进行了总结,并分析了渤海流冰范围在短时间内的迅速增长与天气、海洋等因子的相关关系。     

冰温测定

1985年2月,在渤海——辽东湾海域冰覆盖区进行了冰情航空遥感试验。试验中使用了几种不同类型的遥感设备,试验的目的及其它遥感器的效果有专文论述,本文专门叙述慢扫描透射式红外测温仪测定冰温的室内及野外试验情况。一、使用的仪器简介冰温及冰的分布情况是冰情的重要参数,根据冰表面辐射的红外能量可以测定出冰的温度,根据冰和水不同的比辐射率,可以探测出冰缘线,确定冰的分布情况。     

2006～2007年冬季渤海天气与冰情分析

本文分别从大气环流和平均气温的角度分析了2006～2007年冬季渤海的天气状况,发现此冬季为近10a最温暖的冬季;与此对应,通过对该冬季不同时期(初冰期、盛冰期和融冰期)的海冰特点,以及冰期、冰面积和冰范围进行分析,发现该冬季渤海冰情属于轻冰年.     

冰激直立腿海洋平台疲劳寿命分析

由于渤海特殊环境条件与油藏分布决定了该海域导管架油气平台属于典型的柔性抗冰结构。多年现场观测发现,该类结构存在显著的冰激振动现象。冰振不仅能激起较大的甲板加速度响应,还会引起明显的导管架管节点交变应力。在结构设计与安全保障中进行疲劳分析及寿命估计是必要的。对于直立腿抗冰结构,精确的冰激疲劳寿命计算方法还不成熟。基于多年的现场监测,首先分析了冰与直立腿抗冰结构相互作用过程;其次,提出了冰激直立腿平台的疲劳寿命分析流程;最后,选取渤海某典型直立腿平台,利用ANSYS数值模拟,对比了稳态冰力和随机冰力下结构的疲劳损伤,进而计算出疲劳寿命。本研究为寒区柔性结构抗冰设计与安全保障提供了理论基础。     

海上人工岛在地震作用下动水压力研究

海上人工岛的地震载荷主要是地震惯性力和动水压力.本文根据人工岛结构与流体相互作用的特点,应用线性势流理论,用解析方法推导出地震作用下大尺度水下圆柱体的动水压力解析解,从而可求出圆形人工岛岛体表面上任意一点的动水压力、岛体分层单位高度上的动水压力、总动水压力以及岛体动水压力沿铅直方向和水平面上的分布,以满足人工岛结构计算和整体性能计算的需要.本文利用推导的公式和编制的程序对我国第一座浅海石油勘探开发人工岛实例进行计算分析,取得良好的成果.     

质点-网格海冰模式在渤海的数值预报试验

在海冰动力学和热力学的研究基础上,开发应用于渤海的质点-网格海冰模式.该模式采用质点-网格法,有效地避免了传统海冰模式的数值扩散问题.该模式采用冰厚分布函数取代传统渤海业务海冰预报模式中平整冰、堆积冰和开阔水的三类海冰分型.应用质点-网格海冰模式对2003年～2004年冬季渤海冰情进行了业务化逐日数值预报试验,并对预报结果进行统计检验和分析比较.     

渤海冬季海冰气候变异的成因分析

选取渤海冰情等级资料和大气环流74个指数逐月资料,分别建立不同尺度(年、半年、季和月)的累积值变量作为因子,研究该地区冰情年代际变化及冰情的气候成因,结果发现以1972年为分界把1932～2000年时期冰情的变化分为两个时段,前一时段为重冰情多发阶段,1972年以后转为轻冰情时段.影响渤海海冰冰情变化主要因子是太平洋副高.     

渤海海冰的年际和年代际变化特征与机理

根据1951-2013年间的渤海冰情等级资料,利用最大熵谱分析、相关分析和合成分析等方法,研究了渤海冰情等级的年际和年代际变化特征,探讨了局地气候、大气环流、ENSO(El Nio-Southern Oscillation)和太平洋年代际振荡(PDO)对海冰的影响。结果表明,渤海海冰具有明显的年际和年代际变化特征,并在1972年前后发生了一次由重到轻的气候跃变,在跃变后冰情较跃变前平均降低了0.7级。相关分析与合成分析结果显示,渤海冰情的年际变化除受局地气候的影响外,还受西太平洋副热带高压(副高)、极涡和欧亚环流的共同调控,特别在1972年以后,秋季副高、冬季欧亚和亚洲纬向环流对渤海冰情的年际变化均有重要影响,可作为渤海海冰预报的重要因子,而春季PDO、ENSO、冬季副高及欧亚和亚洲经向环流则是渤海冰情年代际变化的影响因素。     

渤、黄海北部海冰年代时空变化特征分析

本文取上世纪后50年至2003年度冬季渤海地区气温作为与渤海冬季冰情有关的气候指标。分析得出,渤海地区冬季气温随着年代呈上升趋势,特别是80年代中期至本世纪初尤为明显。受其影响,渤海冬季的冰情时空分布状况发生了较大变化。其特点是:初冰日较多年平均值推后、终冰日较多年平均值提前,冰期较多年平均值偏短,冰厚较多年平均值偏薄,结冰范围(沿岸固定冰宽度和浮冰外缘线)较多年平均值偏小,甚至有些海区已多年未曾见到海冰了。     

冰对锥体结构作用力的预测模型分析

通过对作用在锥体结构上的各种静冰力预测模型的介绍,根据大量实验室模拟测试数据,运用直方图对比、无量纲效应分析及统计分析等手段,对有关静冰力计算公式进行了全面分析与确认.所采用的分析方法为我国渤海辽东湾JZ20-2平台原型冰荷载测试数据与预测模型的比较,为利用原型观测数据建立适合于我国渤海环境条件下冰对锥体结构作用力预测模型,提供了有效的技术手段,同时也为有冰海域结构物的可靠性分析提供了各统计量有价值的参考数据.     

渤海海冰特征

一、冰情概况 渤海是我国结冰海区之一。每年冬季,渤海都有不同程度的结冰现象。海冰从生成到消失,所经历的变化过程可划为三个阶段,即: 初冰期——从初冰日到封冻日,这段时间是结冰不断增加的过程; 封冻期——从封冻日到解冻日,这段时间是结冰迅速发展的过程; 融冰期——从解冻日到终冰日,这段时间是海冰融化消失的过程。 初冰日和终冰日分别指第一次结冰的日期和海冰最后消失的日期。从初冰日到终冰日,这段时间被称谓结冰期或冰期。根据资料统计,辽东湾北部大致在十一月中旬开始结冰,翌年三月下旬冰情结束;莱州湾南部大致在十二月上旬开始结冰,翌年三月上旬冰情结束。由南往北结冰期大约3-4个月。     

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.     

渤海冰期的基本水文气象参量研究

渤海是一个中纬度的超浅海,每年都会产生不同程度的结冰现象,这给海上生产和作业带来了很大的威胁。而冰情的严重程度由则该年冬季的水文气象条件决定。本文应用１９９７年１月辽东湾冰调资料和锦州２０－２平台的部分资料,比较详尽地研究了渤海冰期的不文气象参量,其中包括太阳短波辐射,长波辐射,风速和风向,湿度,海冰导热率的比热等。