基于谱分析法的超大型浮体疲劳强度分析

运用ANSYS/AQWA对某超大型浮体平台进行水动力响应计算和结构响应分析,在此基础上选择3个典型疲劳热点区域建立有限元子模型,求出各区域的热点应力传递函数。依据谱分析法的疲劳计算流程对危险节点进行疲劳分析,计算疲劳损伤和寿命。分析结果表明,横浪时对平台造成的疲劳损伤最大。横撑与下浮体围壁连接处以及立柱外壳与上箱体底板连接处这两处的疲劳寿命不满足设计要求。建议对该结构连接处进行改进或重新设计。     

基于谱分析法的深水半潜式平台疲劳强度分析

以某新型深水半潜式钻井平台为分析对象,依据三维绕射理论计算单位波幅下波浪诱导载荷,通过建立三维有限元模型计算完成了热点应力响应。运用热点应力的谱分析法计算得到危险节点的疲劳寿命,并进一步分析了各个短期海况和不同浪向对节点总的疲劳损伤度的贡献。研究结果表明,危险节点的疲劳寿命都满足设计寿命要求;在各种中低海况下,疲劳损伤主要来自于平均跨零周期在6 s附近,有义波高转大的短期海况;平台关键连接部位的疲劳损伤主要是在横浪和斜浪状态下产生的,并且对某单一方向的波浪非常敏感。此研究对该类型平台的连接处结构设计和疲劳分析方法有参考意义。     

深水半潜式平台结构关键节点疲劳破坏机理试验研究

深水半潜式平台结构在深海环境荷载及作业动荷载的作用下容易产生疲劳损伤累积,加速疲劳裂纹扩展,导致结构发生疲劳破坏。对深水半潜式平台横撑部位的两类关键节点进行了疲劳试验研究,分析了关键节点的疲劳破坏现象、疲劳破坏过程以及疲劳裂纹扩展规律。试验结果表明:应用规范给出的裂纹扩展模型和参数估算关键节点的疲劳寿命低于试验所得的疲劳寿命,说明应用规范给出的裂纹扩展模型和参数估算节点的疲劳寿命比较安全;根据疲劳试验结果建立的关键节点的S-N曲线参数与DNV规范给出的较为吻合;关键节点焊趾处的ε-N关系曲线可以反映出关键节点疲劳破坏的三个阶段破坏规律。研究结果为有效地预测平台结构关键节点的疲劳损伤程度,及时进行维修加固延长结构的使用寿命提供参考。     

半潜平台立柱与浮筒中部不同形式连接节点疲劳寿命分析

为了研究半潜式平台的立柱与浮筒中纵舱壁连接节点出现焊缝开裂这种疲劳失效现象,利用简化疲劳方法以及三维细化有限元模型,对目前主流平台中所采用两种不同的立柱与浮筒中纵舱壁连接节点形式进行了疲劳寿命评估与分析。首先从结构刚度分配角度,平均应力效应角度分析疲劳裂纹产生的原因;然后利用疲劳分析结果评估不同连接节点对整个平台结构可靠性的影响;最后,基于结构力学性能和刚度匹配角度分析两种节点形式的优劣,确定最优节点设计方案。     

深水半潜式钻井平台节点疲劳寿命谱分析研究

以某新型深水半潜式钻井平台为目标平台,归纳基于全概率谱分析法的结构节点疲劳寿命直接计算的基本步骤,建立以SESAM软件包为依托的分析流程,并就板厚修正等几个细节问题的处理进行说明.对平台八个关键节点的疲劳寿命评估结果表明平台的疲劳强度能够满足设计寿命要求,同时证明所提出的疲劳分析流程是可行的.     

一种非对称无横撑半潜式平台的整体强度评估

本文基于设计波法对某新型半潜式平台的整体强度进行了研究分析。不同于传统半潜式平台结构形式,该新型半潜式平台的浮筒一大一小,对应的两组立柱也是一大一小,因此结构关于中纵剖面是非对称的;此外该半潜式平台没有横撑结构。本文首先确定了作业吃水和自存吃水情况下新型半潜式平台四种典型危险工况对应的设计波参数,然后研究分析了不同危险工况下半潜式平台的整体强度,并对新型半潜式平台与传统半潜式平台在整体强度方面的差异进行了比较。研究结果表明,该新型平台的最大应力最易出现在大立柱内侧与甲板连接拐角区域,而传统有横撑半潜式平台的最大应力多发生在横撑与立柱连接区域。此外,浮筒与甲板之间的大倒角设计有助于提高新型半潜式平台的整体强度。     

Truss Spar平台桁架管节点疲劳分析

Truss Spar平台在风、浪、流的作用下,结构受力十分复杂,准确分析其疲劳强度相当困难。通过建立Truss Spar平台三维有限元模型,利用HydroD软件进行载荷预报、波浪搜索,得到产生最大应力幅响应的最不利浪向和相位角。运用Sestra软件进行整体有限元分析,得到的结果作为桁架管节点细化模型的边界条件,再用Nastran软件进行局部分析求得节点的热点应力,修正壁厚影响。最后根据DNV规范的S-N曲线计算了管节点的疲劳寿命。     

立柱直径比对四立柱平台涡激运动性能影响的数值研究

与单立柱平台(Spar)类似,四立柱平台在洋流作用下也容易发生涡激运动,对锚泊和立管系统的疲劳寿命产生不利影响。一种非对称半潜式平台具有两种不同尺寸的立柱,立柱直径比对非对称平台涡激运动性能的影响尚需深入研究。采用计算流体力学(CFD)方法,对直径比分别为1.0、1.5和2.0的立柱组合在两种不同角度水流作用下的运动响应进行了二维数值模拟,分析发现:立柱直径比不为1时四立柱平台也具有明显的涡激运动,其横荡运动具有显著的锁定现象;在广义折合速度定义下,与相同直径的四立柱平台相比,立柱直径比不为1时其横荡运动锁定区间变宽且滞后,横荡响应幅值的峰值具有明显差异;在所研究的直径比范围内,大直径立柱在上游时涡激运动响应比其在下游时更显著,且这种差异随着直径比变大而变大。     

老龄半潜式钻井平台节点疲劳裂纹扩展寿命预报

通过结合常规谱疲劳分析方法和裂纹扩展分析方法,给出了一种工程实用的评价老龄平台节点裂纹扩展寿命的方法,并以某一平台为例进行了验证计算。首先,基于谱疲劳分析得到各个节点在过去30年的节点疲劳损伤,然后,对损伤接近或大于1.0的节点进行基于单一曲线模型的裂纹扩展分析,以求得该节点在目前状态下裂纹扩展寿命。结果表明,目标平台计算疲劳热点满足继续使用的要求。此外,针对不同初始裂纹尺寸时的裂纹扩展寿命计算结果表明初始裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展寿命影响很大。     

基于并行计算的海洋平台谱分析疲劳筛选技术研究

为了得到海洋平台疲劳失效风险最大的焊接区域,提出了以有限元网格单元应力为基础的谱分析筛选方法,并开发了程序。程序采用并行计算架构,单次完成数万个单元的累积损伤度/疲劳寿命计算,并通过有限元软件以云图方式显示疲劳寿命。采用该程序计算双浮筒半潜式平台的疲劳寿命。结果表明,该型平台疲劳失效风险较高的区域为立柱与上壳体下浮体连接对角线转角区域、浮筒中纵舱壁与立柱连接区域。并行计算方法的引入,大大缩减疲劳损伤度计算的分析时间,采用22核心的CPU,时间缩短为原来的1/18.5,17小时完成全平台外壳单元谱分析计算。     

基于现场监测的抗冰平台疲劳寿命估计

基于安全寿命设计方法,根据现场监测得到的资料数据,论述了现役导管架平台冰激疲劳寿命的估算法.应用ANSYS软件建立JZ20-2MSW平台的有限元模型,计算该平台的年平均冰激疲劳损伤,从而得到剩余疲劳寿命,为平台的维修、报废等决策提供了依据.     

非线性管土耦合作用下钢悬链式立管触地区敏感性分析

浮体运动和海床土刚度是引起钢悬链式立管(steel catenary riser,简称SCR)管土相互作用的关键因素,将导致SCR触地区的疲劳损伤。以工作水深为1500 m的浮式平台上生产立管SCR为研究对象,基于法向抗力模型和侧向阻力模型建立管土作用模型,在环境载荷和浮体运动作用下,开展SCR与浮式平台的整体分析,研究海床土参数对SCR触地区动态响应和疲劳寿命的敏感性。通过改变海床土的不排水抗剪强度Su0、强度梯度ρ、吸力因子f_suc、吸力衰减参数λ_suc以及再贯入系数λ_rep等,得到不同参数对触地区动力响应、疲劳寿命的影响规律。研究结果表明:①基于软黏土海床,随着不排水抗剪强度Su0的增加,触地区立管疲劳寿命减幅达到33.23%,敏感性最高;②吸力因子f_suc越大,立管疲劳寿命越小且减幅达23.77%,其敏感性较高;③随着再贯入系数λ_rep增大,触地区立管疲劳寿命增幅达到15.48%;④海床抗剪强度梯度ρ和吸力衰减参数λ_suc对立管疲劳寿命影响较小。研究结论能为SCR设计分析及安全服役提供重要参考。     

Strength Analysis on Brace Structure for Semi-Submersible in Consideration of Wave Slamming

Slamming on bracings of column stabilized units shall be considered as a possible limiting criterion under transit condition based on the requirements in DNV-OS-C103. However, the wave slamming loads under survival condition were ignored for the strength analysis of the brace structures in many semi-submersible projects. In this paper, a method of strength analysis of brace structure is proposed based on the reconstruction and extrapolation of numerical model. The full-scale mooring system, the wind, wave and current loads can be considered simultaneously. Firstly, the model tests of the semi-submersible platform in wind tunnel and wave tanker have been carried out. Secondly, the numerical models of the platform are reconstructed and extrapolated based on the results of model tests. Then, a nonlinear numerical analysis has been conducted to study the wave slamming load on brace in semi-submersible platform through the reconstructed and extrapolated numerical model. For the randomness of wave load, ten subcases under each condition have been carried out. The value of the 90% Gumble distribution values of the ten subcases are used. Finally, the strength on brace structure has been analyzed considering the wave slamming. The wave slamming loads have been compared between the survival condition and transit condition with the method. The results indicate that wave slamming under survival condition is more critical than that under transit condition. Meanwhile, the wave slamming is significant to the structural strength of the brace. It should be overall considered in the strength analysis of the brace structure.     

Dynamic stress analysis of the leg joints of self-elevating platform

Since a self-elevating platform often works in water for a long time,the lattice leg is largely influenced by wave and current.The amplitude of leg joint stresses is a very important factor for the fatigue life of the platform.However,there are not many researches having been done on the mechanism and dynamic stress analysis of these leg joints.This paper focuses on the dynamic stress analysis and suppression methods of the leg joints of self-elevating platforms.Firstly,the dynamic stresses of the lattice leg joints are analyzed for a self-elevating platform by use of the 5th-order Stokes wave theory.Secondly,the axial and bending stresses are studied due to their large contributions to total stresses.And then,different joint types are considered and the leg-hull interface stiffness is analyzed for the improvement of the joint dynamic stress amplitude.Finally,some useful conclusions are drawn for the optimization design of the self-elevating platform.     

导管架圆管风致涡激振动对总体疲劳性能的影响

研究了在建阶段导管架圆管发生风致涡激振动对整体疲劳性能的影响。建立了圆管动力学模型,分析了圆管的动力学特性;固定系数取值0.7模拟实际工程中圆管两端的焊接约束形式,计算了圆管的振动响应;基于线性累积损伤准则和S-N曲线计算了圆管发生风致涡激振动的疲劳损伤度,并根据规范计算出圆管在位阶段的疲劳损伤度,对比总结风致涡激振动对总体疲劳性能的影响以及振动抑制措施对疲劳性能的改善。研究表明,在建阶段导管架圆管发生风致涡激振动会明显地影响圆管的疲劳特性,降低疲劳寿命,因此可以通过绑定绳索、安装防振锤等手段减少结构的疲劳损伤。     

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。     

KK型管节点应力集中系数几何敏感性分析

KK型管节点是自升式平台桁架式桩腿中的一种管节点,其应力集中系数是影响桩腿疲劳寿命的重要参数。应力集中系数与管节点的几何形式密切相关,为分析KK型管节点应力集中系数对几何参数的敏感性,利用ANSYS软件对某KK型管节点进行几何参数化建模,利用有限元数值模拟方法对各工况下的热点应力进行分析,并分别计算各相应工况下的名义应力,然后将热点应力与名义应力相比得到不同几何参数下的热点应力集中系数。对计算结果进行整理分析,得到了KK型管节点应力集中系数对无量纲几何参数的敏感性规律。结果表明,应力集中系数与撑杆受力状态、管节点结构形式有关,在满足结构布置、建造工艺和其他安全性指标的前提下,分析结果能够为KK型管节点的结构设计和疲劳分析提供技术支撑。