渤海导管架平台的冰激振动响应分析

为研究渤海海域海冰撞击导管架海洋平台的冰振响应,基于锥体冰力函数,本文建立了渤海海域的冰力作用模型。采用ANSYS有限元软件对导管架平台与海冰的相互作用进行数值模拟,开展了海冰作用下抗冰平台的静力分析及平台动力响应分析。通过与静力分析结果对比,验证了动冰力对结构响应的动力放大效应。在此基础上通过改变冰厚、冰速等海冰参数,研究了不同冰力作用周期下导管架平台的冰振响应。研究表明,海冰厚度及海冰流动速度是影响平台动力响应的主要因素,为导管架平台结构的动力优化设计提供了研究基础。     

设置粘弹性耗能器的JZ20—2MUQ平台结构冰振控制

根据ＪＺ２０－２ＭＵＱ平台结构的冰振反应特点和平台结构实际允许的空间,提出了粘弹性耗能器在平台结构中的设置方式;其次分析了不同方式设置粘弹性耗能器的平台结构动力特性,特别是耗能器给平台结构附加的振型阻比;最后通过大量的数值模拟计算,分析了不同海冰设计条件、不同标高和方向的挤压和弯曲破坏冰力作用下的平台结构冰振控制效果。     

海上风电单桩式支撑结构冰激振动及参数敏感性分析

针对渤海湾某风电场的海上固定式风机支撑结构,采用适用于大直径单桩结构的PSI曲线模拟桩土相互作用,并采用SACS软件建立支撑结构的动力分析模型。首先对支撑结构进行模态分析;其次考虑海冰结构的随机振动作用模式,根据适用于渤海湾的随机冰力谱构造随机冰载荷时程曲线,基于半耦合的时域方法,采用SACS软件对支撑结构进行冰激振动分析,输出塔筒顶部加速度、单桩基底剪力及倾覆力矩等响应参数的时程曲线和响应功率谱;最后针对冰厚、冰速和海冰强度等海冰参数对支撑结构的冰激振动进行敏感性分析。研究结果表明,在随机振动模式下,冰载荷及结构动力响应对冰厚和海冰强度较为敏感,在进行冰激振动分析时应合理确定冰厚和海冰强度等参数。     

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.     

FSRU码头系泊模型实验与数值模拟研究

FSRU在恶劣环境条件下的作业和安全停靠性能与系泊缆张力、靠垫挤压应力、船体6自由度运动等参数有关。针对FSRU码头处海洋环境条件,进行FSRU不同装载状况的模型实验,获得FSRU的6自由度运动及其系泊载荷的动力特性。基于三维辐射和绕射理论,使用Sesam软件进行频域计算,以此为基础在相应海洋环境条件下进行时域耦合分析,获得FSRU 6自由度运动、系泊载荷、靠垫应力等参数的响应时历。结果表明:30%装载、横浪条件下FSRU的运动响应最大,系泊缆张力未达到破断值,靠垫压力超过其压缩60%时的载荷;模型实验对FSRU运动响应和系泊缆张力的预测结果可信,靠垫受力情况需要数值仿真进行辅助研究。     

白令海和鄂霍次克海的海冰偶极子及其对大气环流的影响

基于海冰历史资料的分析表明,白令海和鄂霍次克海的海冰密集度分布在某些年份表现出反位相变化的特征,尤其以冬季最为明显.合成分析的结果表明这种偶极子型海冰异常可能对大气环流(气温和位势高度)产生一定的影响.利用大气环流模式,在给定理想化的白令海、鄂霍次克海偶极子型海冰异常的情况下,通过20个冬季(1-2月)大气环流模式的集合强迫试验,研究了大气环流对这种偶极子型海冰异常的响应特征,数值试验结果与基于观测资料的合成分析比较一致:低空气温对于偶极子型海冰强迫表现为比较明显的对称性响应,气温变化具有垂直斜压的结构,气温变化主要集中在低空;高空大气温度和各层的位势高度的变化均具有显著的非对称性特征,位势高度的变化具有垂直正压结构.参考已有的理论和模拟研究结果,指出高纬地区低空大气的温度变化受直接热力学调整过程的影响明显,对称性响应分量明显,而高层大气温度和各层的大气位势高度变化是由直接热力学调整和间接动力过程响应所共同控制,非对称分量占主导.     

渤海海域单柱三桩式海上风电结构冰激振动分析

针对渤海某区域以单柱三桩式结构为支撑的海上风电系统进行了冰激振动分析。首先模拟风电结构具有显著动力特性差异的主-从式结构特征,根据工程场址海域冰情条件,设置了合理的海冰分析工况,随后依据概化冰力函数确定作用于风电基础结构上的动冰力时程,开展全时域瞬态动力分析。通过对计算结果的详尽分析,选定表征冰与风电结构相互作用进程的综合控制因子Ic,建立基于综合控制因子的冰振事件区划及其出现概率的预判方法。相关方法将为渤海海域风电工程结构冰激振动问题的预判与评估提供参考。     

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。     

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。     

不同运动自由度组合串列双圆柱涡激振动数值模拟

基于自主研发的紧致插值曲线CIP (Constrained Interpolation Profile)方法数学模型,对均匀来流条件时不同运动自由度组合下的串列双圆柱涡激振动问题开展二维数值模拟。模型针对雷诺数Re=100,质量比m*=2的串列双圆柱涡激振动问题,选取上、下游圆柱不同运动自由度组合工况进行模拟。重点分析圆柱的升阻力系数、运动位移随折合速度Ur变化的响应。研究表明:当上游圆柱双自由度运动时,随着下游圆柱运动自由度的增加,下游圆柱对上游圆柱涡激振动响应的影响减弱;当下游圆柱双自由度运动时,随着上游圆柱运动自由度的增加,上游圆柱对下游圆柱涡激振动响应的影响变强。研究结果表明圆柱运动自由度组合形式对串列双圆柱涡激振动的影响不可忽略。     

船舶在平整冰区行进过程的离散元分析

船舶在冰区航行中,冰荷载是船舶结构设计和安全航行的重要影响因素。采用具有黏结破碎特征的离散单元法对船舶在平整冰区的航行过程进行了数值分析。在船舶破冰过程的离散元模拟中,平整冰由球形颗粒黏结而成,同时考虑了海水浮力和拖曳力对海冰单元的作用,颗粒间的黏结作用可在海冰与船体的相互作用过程中发生破碎;船体由三角形单元构造,分析了在海水浮力、推进器推力及海冰共同作用下船体的六自由度运动特性。通过船体与海冰相互作用的离散元分析,确定了船舶在破冰过程中海冰作用在船体上的冰荷载,探讨了船舶推进器推力和海冰厚度对冰荷载的影响,并与Lindqvist船体冰阻力经验公式进行了对比。     

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.     

导管架平台安装锥体降低冰振效果研究

冰荷载是寒区海洋结构的控制荷载.在圆柱结构上安装锥体用以降低极值冰力,这一概念已得到理论与模型实验的验证,但是安装锥体对降低结构冰激振动的效果还没有得到充分论证.首先分析和比较了圆柱结构和加锥结构的交变冰力与冰振响应形式.基于现场原型监测系统的实测数据,无论是圆柱结构和加锥结构都能发生强烈的冰激振动,圆柱结构上的稳态冰激振动最为严重.通过一座单腿圆柱结构加装锥体前后的冰振响应监测和分析,得到安装破冰锥体对降低冰振的实际效果.理论分析和实测数据表明,破冰锥体从根本上避免了冰激结构稳态振动的发生.     

(会议报道)

●第五届全国近海工程学术讨论会由中国海洋工程学会领衔及另外三个学会,一个石油公司参加组织的第五届全国近海工程学术讨论会于1989年6月在天津召开,参加人数近80人.发表论文96篇,并出版了论文集.论文主要分,波浪作用力,海冰作用力,桩式结构受地震作用的动力响应,海洋缆体系统三维动态分析,管状接头极限强度分析,海底管线动力特性,浅、深海早期石油开发研究,海洋工程施工等等。     

渤海抗冰导管架平台失效模式分析

基于多个现役结构的监测数据,对渤海抗冰导管架平台的动力失效进行了分析。结果显示,渤海抗冰导管架平台属于典型的柔性抗冰结构,存在比较显著的冰激振动现象,冰振不仅能引起显著的导管架管结点疲劳应力,还会激起较大的甲板加速度响应,引起作业人员与上部设施的疲劳问题。     

海洋结构地震响应及参数的影响

本文采用自由度凝聚方法和响应谱方法分析海洋导管架式固定平台的动力特性及其地震响应,还初步考察了桩基刚度、平台荷重分布等参数变化的影响。此外,本文还对堆聚质量法和自由度凝聚法计算的结果进行了比较。     

海冰作用下导管架平台的动力分析

本文基于自激振动理论,推导得出在冰排荷载作用下平台动力分析的计算公式,编制了计算机程序,并依据渤海海冰的强度特性,对渤海早期建造的某导管架平台在冰排作用下的动力响应进行了复核,计算的结果可以说明现场观察到的情况。     

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。     

结构损伤初步定位的简便方法

提出将基于动态特性的检测方法与局部物理检测手段相结合的探伤思路。利用动力学方法进行实时监测及损伤区域的粗略定位,再由物理探测方法实现损伤程度和位置的精确判断,从而降低对动态检测方法的精度要求。此外,文中尝试直接由结构的动力响应信号构建能量指标识别结构损伤的方法,不需要进行模态参数识别,算法简单,有望应用于海洋平台、高层建筑等可简化为串联多自由度体系的结构的实时监测和损伤初步定位。     

TLD水箱减(冰)振的现场试验研究

寒冷地区海洋结构物在漂移的冰排作用下,常会发生剧烈地振动[1].运用传统的增加结构整体刚度的方法来加强结构的抗冰振能力往往效果甚微,并且由于海洋工程投资巨大,这种做法往往不经济、不现实.根据目前已发表的文献资料,对已经建成的海上平台,减冰振可从改变振源特性和动力消振这两方面来考虑.