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。     

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。     

基于能耗最优的TLP张力腿水下无线监测组网方法研究

张力腿作为张力腿平台(tension leg platform,简称TLP)的重要组成部分,服役水深大,动力学行为复杂多样。为了保障张力腿的结构安全,开展张力腿的水下全方位监测十分必要。文中以某TLP为依托,构建一套能耗最优的张力腿监测系统。首先,利用附加质量法对张力腿进行湿模态分析,结合有效独立法与模态置信度准则确定张力腿监测节点的具体布设方案;其次,以能耗最低为优化目标,基于遗传算法建立了水下无线组网监测方案,同时讨论了监测节点存在失效时监测数据传输路径改变方案;最终,得到一套能耗最优的TLP张力腿水下无线组网监测方法,以降低水下监测系统维护成本。     

基于S-N曲线的深水半潜平台疲劳寿命分析

深水半潜平台工作环境恶劣,造价成本高,为保证安全工作,有必要对其进行疲劳寿命分析。首先利用SESAM软件建立目标平台整体模型并分析总体结构响应。然后根据平台总体结构响应计算结果,选取立柱与横撑连接处、立柱外板与上甲板连接处两个关键节点,建立关键节点有限元模型,计算其热点应力。最后采用S-N曲线分析该平台在中国南海环境条件下的疲劳寿命。分析结果显示该平台疲劳寿命符合规范要求,但立柱与横撑连接处的疲劳寿命偏低,应加强日常检修和维护。     

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.     

基于可靠性的海洋石油平台维修策略研究

针对海洋石油平台传统维修方式依赖经验的缺陷,从可靠性分析角度来制定维修策略,包括确定最佳维修周期和制定设备的检修顺序。以胜利油田埕岛中心一号海洋石油动力平台电力系统为例,采用基于最小割集的数值仿真方法进行故障树分析,通过任务可靠度推出任务时间,实现以可靠性为中心的最佳预防性维修周期的确定。此外,对系统进行重要度分析,按关键重要度大小进行排序,从而制定设备的检修顺序。     

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。     

基于循环孔洞扩张模型的X型圆管节点超低周疲劳寿命预测

海洋工程钢结构在服役过程中,受风、浪、流或地震等极端循环载荷的影响,易发生超低周疲劳断裂破坏,造成人员伤亡及财产损失,因此超低周疲劳断裂分析及寿命预测对于海工结构安全性评估至关重要。然而,现阶段基于累积损伤理论提出的多种超低周疲劳寿命预测模型无法对多尺度节点实现统一预测,造成了实际工程应用的不便。因此文中基于循环孔洞扩张模型开展X型圆管节点超低周疲劳寿命预测。首先,开发了基于循环孔洞扩张模型的VUSDFLD程序,实现ABAQUS与FORTRAN子程序联合应用,利用有限元分析验证循环孔洞扩张模型在X型圆管节点超低周疲劳断裂分析中的有效性;其次,根据多组X型圆管节点超低周疲劳断裂有限元分析结果,在宏观层面提出了一种基于Manson-Coffin公式的超低周疲劳寿命预测公式;最后,依据Miner理论,将适用于等幅加载的超低周疲劳寿命公式扩展至变幅加载情况,验证了多种节点尺寸下超低周疲劳公式的适用性,为工程应用提供了理论依据。     

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。     

软刚臂上铰节点疲劳失效分析和现场监测方案设计

海洋环境荷载非平稳性、时变性等特点为海洋工程结构设计带来挑战。海洋工程结构设计的不准确性可导致其真实服役时间低于自身设计寿命。针对塔架软刚臂系泊系统上铰节点服役过程中出现的疲劳磨损问题,发展出一种基于原型监测技术的铰节点疲劳寿命实时预估方法。通过开展有限元模拟,建立系泊腿在指定摆动角度下摩擦系数和热点区域应力分布的对应关系,提出了软刚臂上铰节点的原型监测方案。结合不同摩擦系数对铰节点接触面损伤行为的影响,提出了软刚臂主铰结构疲劳寿命计算评估方法,能够实现铰节点疲劳的完整性分析。     

张力腿式浮式风机耦合动力响应理论模型与数值实现

针对张力腿结构动力响应特点,提出一套张力腿式浮式风机动力耦合理论模型,编制计算程序,并通过与实验结果的对比,验证理论模型以及程序的适用性。张力腿式系泊系统稳定性好,但张力载荷随平台位移的变化显著;张力腿结构的动态响应与支撑平台和风机系统动态响应存在显著的耦合作用。针对张力腿浮式风机动力耦合特性,采用谱方法对张力腿结构建立耦合动力模型;考虑细长体在波浪中受到的粘性力,通过哈密顿原理推导出张力腿运动控制方程,利用自主开发的计算程序DARwind和数值计算方法求解系统动态响应。最后,将数值计算结果同UMAINE的试验数据进行对比分析,以验证程序的合理性。     

张力腿平台关键部位疲劳可靠性分析

为确保深海中张力腿(TLP)平台的安全可靠运行,研究了TLP平台关键部位的疲劳可靠性。首先建立了TLP平台的整体模型,结合中国南海海况,计算了波浪荷载。然后分析了用于平台疲劳可靠性研究的S-N曲线法和断裂力学方法,计算了不同工况下TLP平台的应力响应,确定了疲劳关键部位,建立了关键部位的中间局部模型和精细子模型。最后采用子模型技术,应用S-N曲线法和断裂力学方法对平台关键部位的疲劳可靠性指标进行了计算和分析。结果表明:平台立柱和浮箱连接部位上部角点的疲劳可靠性指标低于下部角点,但可以满足设计要求;应用断裂力学方法计算得到的疲劳可靠性指标与应用S-N曲线法计算得到的疲劳可靠性指标接近,且疲劳可靠性指标的最小值出现在相同的部位,表明分析结果合理,可以为TLP平台的安全评估提供参考。     

波、流联合作用下张力腿平台系索系统疲劳可靠性分析方法研究

论述了对波流作用下张力腿平台系索进行疲劳可靠性分析的两种方法.考虑波流的联合作用,对张力腿平台进行涡激振动动力响应分析得到应力谱.采用Palmgren-Miner线性累积损伤(S-N曲线)方法和断裂力学方法分别建立失效模式的极限状态函数,进行可靠性分析.假设环境荷载的长期分布是由k个短期海况组成,且每一个海况的短期分布服从Rayleigh分布.对应力范围进行雨流修正使其服从Rayleigh分布.通过实例计算对两种方法进行了比较,可靠性分析计算采用一次二阶矩(FORM)方法和Monte Carlo方法.     

简易海洋平台疲劳可靠性优化设计的进化算法

分别用进化计算中的遗传算法和进化规划进行了简易海洋平台基于非线性疲劳损伤模型的疲劳可靠性优化设计.计算结果表明了计算模型的可靠性以及遗传算法和进化规划解决结构疲劳可靠性优化设计的有效性,并对两种优化算法进行了比较和讨论。     

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。     

中等水深轻型张力腿井口平台运动研究

本文提出了一种中等水深轻型张力腿井口平台的型式。研究了该种型式平台的六个自由度的运动响应以及所受到的波浪力、二阶漂移力、系索回复力和系索张力等特性。分析了平台运动响应与水深以及系索预张力大小的关系。文中得出的结论可供张力腿初步设计时参考。     

随机波浪中张力腿平台耦合运动及系泊系统特性研究

张力腿平台(TLP)是一种垂直系泊的半顺应半刚度式平台,预报平台的运动响应及锚泊系统的张力是张力腿平台结构设计的重要基础。应用挪威船级社SESAM软件在频域和时域内研究了张力腿平台在随机波浪中的非线性运动响应及系泊系统特性,并在试验室中通过缩尺比为1∶40的模型进行了试验验证。在试验验证的基础上,将仅考虑浪与考虑浪、流联合作用下的张力腿的张力平均值、幅值及标准差作了对比。结果表明,在较低海况时,考虑浪和流时的张力腿与不考虑流的情况变化不大;在较大海况时,流的影响不可忽略,考虑流的张力腿变化幅度要略大于不考虑流的情况。     

基于实测应力的半潜平台疲劳损伤分析

疲劳破坏是海洋结构物发生破坏的一种主要形式,深水半潜平台在海上运输、作业、停滞时会受到交变的风、浪、流载荷作用,进而引起结构关键节点处的疲劳损伤,影响平台安全性。以"海洋石油981"半潜钻井平台为研究对象,利用光纤光栅应变传感器对结构高应力区进行应力监测,获取测点处应力时历数据。将监测位置划分为四个监测板块,采用四点雨流计数法对测点应力进行处理,得到以离散形式给出的应力循环幅度与相应循环周次。参照DNV《海上钢结构疲劳设计规范》推荐的S-N曲线,基于Miner线性疲劳累计损伤原则,得到各个测点处的总体疲劳损伤度。选取具有最大疲劳损伤度的危险测点,并结合海上实测总时长,预测半潜平台的总体疲劳寿命。     

半潜式海洋平台结构的疲劳失效概率计算研究

本文根据Ｍｉｎｅｒ线性累积损伤原理，引入随机变量，客观地分析了半潜式平台结构因疲劳引起损伤的情况，提出了平台结构在设计寿命期间的疲劳可靠性分析方法，通过算例，验证了方法的可靠性，并得出有意义的结论。     

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。