极端海洋环境对海洋平台疲劳寿命的影响

基于渤海和南海的海洋平台设计环境条件,分析了近年来我国近海极端海洋环境条件的发生规律及其对海洋平台疲劳设计条件的冲击。采用Miner’s线性累积疲劳损伤准则和疲劳可靠性理论,研究了极端海况引起的疲劳损伤对海洋平台疲劳寿命的影响,提出了考虑极端海洋环境条件的海洋平台疲劳设计方法。研究表明,由于近年来全球气候变换带来的极端气象条件频发,导致海洋工程结构经历传统意义上的多年一遇海洋环境条件的概率大大增加,使得现行的海洋平台疲劳设计条件偏离了实际的海洋环境条件。数值算例表明,极端海况引起的疲劳损伤在总的疲劳损伤的比例大大增加,甚至成为疲劳损伤的主要部分。因此,这些极端海况引起的疲劳损伤对结构疲劳寿命的影响不容忽略,考虑极端海洋环境条件的海洋平台疲劳设计符合近年来的灾害性海况频发的现状。     

海上拖航过程的风险评估方法研究

以南海某平台组块海上拖航作业为例,阐述风险评估的基本流程;针对海上拖航过程提出一套具体、实用的风险辨识、事故树建立以及建立风险控制措施的方案;同时给出一种将风险因素定性计算予以量化的方法,即风险值计算方法,并且针对海油工程确定风险值标准.     

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.     

基于因子分析和BP神经网络的海洋平台拖航风险分析

以某海上石油拖航服务作业为例,依据风险事故树,对影响海上拖航过程风险因素的风险值进行计算和相关性分析,确定拖航作业风险指标;将120组拖船作业记录划分为训练样本集(90组)和测试样本集(30组),针对海上拖航作业提出一套基于因子分析法和BP神经网络相结合的风险辨识方法,网络训练性能证明模型效果显著,对海上拖航作业风险控制具有指导意义。     

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。     

大型LNG船典型节点疲劳寿命谱分析评估

基于S-N曲线和Miner线性累计损伤理论,采用谱分析方法对16万立方薄膜型LNG船典型节点的疲劳寿命进行了评估。建立全船结构有限元分析模型及典型装载工况下的水动力计算模型,给出不同浪向角及波浪频率下典型节点的热点应力传递函数及分布带宽系数,采用北大西洋波浪散布图,得到各典型节点的疲劳寿命结果,并对各节点的疲劳寿命进行评估和分析。分析结果可为同类LNG船的开发设计提供参考依据。     

深水钢悬链立管疲劳寿命评估分析

在时域内分析深水钢悬链立管在平台运动和波流载荷共同作用下的非线性动力响应;采用雨流计数法处理立管节点应力的时间历程,选用DoE.E型S-N曲线分析立管在单一海况和平台运动联合作用下的疲劳损伤;将各方向含概率分布的疲劳损伤进行叠加,得到立管整体的全方向疲劳损伤及疲劳寿命。平台的运动为六自由度的运动预报数据,波流载荷由某海域实际的波浪统计数据采用Morison公式计算所得。计算结果表明钢悬链立管疲劳寿命的极值点分别位于悬挂点附近和触地点附近,对立管疲劳寿命极值点各方向疲劳损伤分布情况进行了分析。所提方法为钢悬链立管疲劳分析提供了新思路,给出的结论对钢悬链立管设计分析有一定借鉴意义。     

具有裂纹损伤的海底管道断裂及疲劳评估

海底管道是海洋石油开发的重要设施之一,对其进行断裂安全评估是非常重要的。介绍了结构失效评估图（FAD）技术,详细阐述了BS7910：1999规范中三个不同等级的断裂评估方法和疲劳评估方法。通过断裂评估方法,能够对不向受力状态下的含焊接裂纹管道进行断裂评估,得到管道任何位置的极限裂纹长度;通过疲劳评估方法,能够对受复杂动荷载的含焊接裂纹管道进行疲劳评估,得到管道在此种受力环境下的疲劳寿命。     

混凝土结构全寿命设计指标体系研究

考虑混凝土结构全寿命设计的多目标要求,提出结构全寿命设计指标由核心指标和绿色指标两个层次构成。将结构的性能指标、经济指标、时间指标作为全寿命设计的核心指标;将CO2排放量指标、用户满意度指标和可持续发展能力指标作为结构设计的绿色指标。提出混凝土结构全寿命设计需以结构的性能设计为中心,并将结构的性能指标分为风险性能指标、技术性能指标、材料性能指标三类。针对结构性能退化的特点,建议了有害介质扩散深度、钢筋锈蚀率、锈胀裂缝宽度作为耐久性的设计指标,同时定义了退化率指标γt用以反映结构性能退化的程度。在此基础上建立了结构全寿命设计的指标体系,为结构设计人员进行全寿命优化设计提供了理论依据。     

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。     

Dynamic factor analysis considering elastic boom effects in heavy lifting operations

The dynamic factor is the ratio of the maximum dynamic load to the static load acting on the wire ropes between the boom of a floating crane and a cargo. In this paper, the dynamic factor is analyzed based on dynamic simulations of a floating crane and a cargo, considering an elastic boom. For the simulation, we designed a multibody system that consists of a floating crane barge, an elastic boom, and a cargo connected to the boom through wire ropes. The dynamic equations of motion of the system are based on flexible multibody system dynamics. Six-degree-of-freedom motions are considered for the floating crane and for the cargo, and three-dimensional deformations for the elastic boom. The hydrostatic force, the hydrodynamic force, the gravitational force, and the wire rope forces are considered as external forces. The dynamic factor is obtained by numerically solving the equation. The effects of the elastic boom on heavy cargo lifting are discussed by comparing the simulation results of an elastic boom and a rigid boom.     

Low-cycle fatigue crack initiation life of hull-notched plate considering short crack effect and accumulative plastic damage

When studying the low-cycle fatigue crack initiation life of notched plates, the effects of fatigue short crack and accumulative plastic damage in the vicinity of the notch should be considered. The low-cycle fatigue crack initiation life of notched plates has been revised in the analysis process by considering the short crack initiation and expansion of notch stress concentration area. By determining the accumulative plastic deformation in the vicinity of a notch under low-cycle fatigue loads, a predictive model of low-cycle fatigue crack initiation life was presented for notched plates, and the relative influence factors were quantitatively analyzed. A comparison study verified that the results obtained from the presented calculation model correlate quite well with those from the existing experiments. Some important conclusions were drawn from the study on considering the effects of short crack and accumulative plastic damage. The presented method may be used for predicting the low-cycle fatigue crack initiation life of ship plate.     

水下非均匀拖缆稳态动力学分析

水下拖缆物理参数不均匀会影响拖缆的动力特性,研究非均匀拖缆的参数变化对拖缆动力特性的影响有一定的工程实际意义。建立了拖曳系统运动的三维数学模型,推导出了水下非均匀拖缆的稳态运动控制方程,在首尾两端加上相应的定解条件,直接求得或使用嵌套二分法求得非均匀拖缆在端点的初始值,进而求解稳态动力学方程。借助文献中的拖缆—海底拖车系统算例,通过计算结果的对比,验证了数学模型及计算方法的正确性。通过四阶龙格库塔法进行数值仿真计算,得到了稳态解,分析了非均匀拖缆自身物理参数变化对缆绳系统稳态运动的影响。结果表明,非均匀拖缆的切向阻力系数、法向阻力系数、直径和密度变化会影响稳态缆形和张力分布,影响的程度各不相同。最后给出了两个尾拖船系统非均匀拖缆的稳态运动算例。     

复杂海况下水下拖缆数值分析研究

为了解复杂海况下风浪对水下拖缆的影响进行了动力学仿真研究。以P-M谱作为海浪谱密度公式,计算一组不同频率的组成波,采用线性波浪叠加法,计算由波浪引起的空间流场速度及加速度,推导叠加波的干扰力,将不规则波引入水下拖缆动力学模型中,采用四阶龙格库塔积分法对动力学模型进行数值求解,讨论拖缆在不同海况下的动力特性。结果表明,随着海况等级的提高,叠加波的频率范围逐渐降低,拖缆的垂向偏移量以及拖点处张力均会产生明显增加及波动,且其波动周期接近叠加波的平均周期;在不同浪向角的作用下,拖缆波动规律与规则波作用下类似,但也具有一些不规则波的特点。     

深水铺管船托管架疲劳分析及动态监测点选取研究

作为S型铺管作业的关键性装备,托管架长期承受着交变载荷的作用,随着海洋开发向超深水发展,结构疲劳破坏问题不容忽视。采用疲劳谱分析的方法并结合线性累积损伤理论,对托管架结构频域下的变形进行了分析,计算了正常海况下和极端海况下托管架疲劳损伤度并对疲劳寿命进行了评估。研究发现托管架在正常海况下作业符合安全要求,在极端海况下局部结构会受到破坏。并从托管架结构安全监测角度,筛选了结构疲劳分析关键点位,为监测点位的选取提供了依据。     

考虑腐蚀和冲刷的海洋平台损伤识别

以某导管架平台为模型,对分别存在腐蚀和桩基冲刷影响的结构进行模态分析,表明在腐蚀和桩基冲刷的影响下海洋平台的模态参数有明显的时变效应。基于频率变化和神经网络算法的损伤识别方法有较好的记忆能力和泛化能力,可准确识别结构损伤程度。忽略腐蚀和桩基冲刷的影响,基于神经网络算法的损伤识别结果产生较大误差,难以对损伤程度实现有效识别。考虑腐蚀和桩基冲刷影响,提出基于神经网络算法的海洋平台损伤识别方法的改进方案。数值研究表明,改进方法识别误差很小,可对损伤程度实现有效识别。     

A stability analysis for the sheared oil film contained by the boom

According to the observation in experiment of stability of the oil film, the assumption of velocity distribution for both the water flow and the oil film is introduced. On the basis of the assumption, Orr-Sommerfeld stability equation is applied to develop the method of determining the critical velocity of the oil film, and the criterion for stability of the oil film is obtained. Meanwhile, a formula describing the relation between the thickness of the oil film and the velocity of the water flow is also given and examined by the laboratory experiment.     

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。