考虑翘曲应力的半潜平台扭转极限强度计算方法研究

半潜平台由于结构和受力复杂,目前主要采用非线性有限元整体模型计算其扭转极限承载力,存在建模和计算时间较长、精度较差和不易收敛等问题。一方面进行半潜平台的整体有限元模型的简化研究,提高其计算效率和收敛性;另一方面基于薄壁杆件理论,将该半潜平台截面简化为单壁室截面计算其翘曲应力,提出了基于一跨模型且考虑翘曲应力影响的半潜平台约束扭转极限强度计算的简化增量迭代方法,并编制了相应的计算程序。计算结果表明,所提简化增量迭代方法计算精度较高,能很好地反应翘曲应力对半潜平台约束扭转极限强度的影响,大幅减少了计算约束扭转极限强度的时间,可用于半潜平台的设计。     

腐蚀影响下半潜平台浮体时变极限强度

主要探讨了半潜钻井平台浮体结构由于受到海洋环境腐蚀作用后的时变极限强度问题。首先,总结各种关于腐蚀损伤的平均厚度缩减模型,选择较能反映实际腐蚀过程的数学模型来估量浮体的钢板厚度缩减。在此基础上进行一系列极限强度计算,根据计算结果给出浮体极限强度预报公式。最后研究不同纵向构件板厚折减对极限强度的影响,发现浮体角隅板的单位体积影响率最高,而占结构比例大的构件厚度折减也将使得强度大大削弱,这两类纵向构件需要予以重点腐蚀保护。     

极端循环载荷下船体裂纹箱型梁的极限强度

旨在了解箱型梁在极端循环载荷下的极限强度特性。利用非线性有限元方法来研究裂纹箱型梁的极限弯矩,分析了5种裂纹模型,探讨了裂纹类型、裂纹位置和裂纹长度的影响。考虑了两种载荷形式应用生死单元法对双向循环弯曲下裂纹扩展进行了模拟;并将由循环载荷引起的累积塑性损伤和疲劳裂纹损伤均考虑在内。无论单向循环还是双向循环,单裂纹模型的极限弯矩均小于双裂纹模型的极限弯矩;单边裂纹是最危险的裂纹类型。进一步分析了极端循环载荷下裂纹箱型梁的极限强度折减机理,得出了极限强度折减归因于这两种损伤的耦合作用的结论,并通过其他箱型梁验证了其适用性。     

半潜式平台动力定位系统控制力动态约束分配法

半潜式平台动力定位推力分配系统通过计算每个推力器的推力和推力角,将控制力分配到推力系统的各推力器上。基于系统耗能最小模式,根据推力器之间的损失模型,通过动态设置推力可行域,将推力分配问题转化为求解二次型优化模型。考虑推力器的物理性能,以推力变化率和转角变化速率为控制参数,利用序列二次规划法得到数值计算结果。该方法充分考虑推力器的物理性能,降低推力器的机械磨损,且可以避免处理可行域为非凸集问题,有效地提高推力器的推力效率。     

基于统计分析的半潜式平台气隙预报方法研究

以浮式半潜平台为研究对象,针对影响气隙结果的波浪非线性效应进行研究分析。通过分析平台气隙响应特性,确保平台在极端海况下的安全性。首先通过数值计算与模型试验,对一座浮式半潜平台在极端海况下的气隙响应进行计算与测量;进一步对平台附近18个典型位置的波面升高响应进行统计分析与概率分布拟合处理;最终求得反映各处波浪非线性强度的非线性因子∂值,并与OTG-13规范中的建议值对比讨论。结果发现∂的计算值与建议值并不完全一致,由于波浪受平台运动及平台结构扰动影响,平台下浮体附近处波浪非线性效应较强,计算值较建议值大,需要重点考虑分析。相应地,距离平台结构较远位置处的计算结果与建议值一致。     

循环载荷作用下损伤船体梁极限强度研究

为了研究循环载荷作用下扶强材初始损伤对其极限强度的影响,进行了14组扶强材的循环加载试验和分析。构造了考虑材料累积损伤完整、断筋和大变形的扶强材单元极限承载力计算公式,提出了相应循环载荷作用下损伤扶强材单元的端缩曲线表达式和船体梁极限强度计算的简化逐步破坏法。编制了循环载荷作用下船体梁损伤极限强度计算程序,进行了船体梁极限强度计算,并与有限元结果进行对比。研究结果表明：改进的损伤扶强材模型可较为准确地描述扶强材材料损伤的完整、断筋和大变形的极限承载力退化情况,扶强材腹板断裂的损伤相较初始大变形及材料累积损伤形式承载力下降程度更明显;所提出的循环载荷作用下损伤船体梁极限强度计算的简化逐步迭代方法,能定量地计算扶强材在不同类型损伤下的极限承载力退化程度,具有较高精度,方便易行,可应用于工程设计。     

老龄自升式平台极限承载能力与体系可靠性分析

通过海洋平台桩-土非线性弹簧模型的研究,结合桩基荷载-位移数据计算程序的编制,为工程实际应用提供简便可靠的方法。对某自升式钻井平台在完好状态和受损状态下的极限承载能力作了对比研究,通过逐级增加载荷的方法,基于精确计算模型对平台结构进行非线性分析,具体依据载荷类型、载荷作用力方向等,得到12种计算工况,研究老龄平台在受损状态下对强度储备的影响,并评估其安全状况。考虑外界荷载的随机性和不确定性,基于极限承载能力分析,采用等效荷载法,运用JC法进行平台体系可靠性计算,分析完好平台与老龄平台的结构体系可靠性,并作对比研究。     

梁板式高桩码头结构整体可靠度计算方法

在环境条件和使用荷载作用下,高桩码头结构损伤和承载力降低是普遍存在的问题。在役梁板式高桩码头结构安全评估,是保证港口设施安全运行的必要措施。结构整体可靠度是结构安全评估的核心指标,但目前尚未建立结构整体可靠度计算的有效方法。基于非线性有限元数值模型,采用蒙特卡罗模拟技术确定了典型梁板式高桩码头结构整体极限承载力概率分布模型及其统计参数,研究了损伤位置、损伤程度和损伤数量等对极限承载力概率分布及其统计参数的影响,明确了无损结构整体极限承载力概率分布模型及其统计参数可用于损伤结构分析。将结构整体极限承载力作为结构抗力随机变量,采用一次二阶矩法计算结构的可靠指标,建立了一种在役梁板式高桩码头结构整体可靠度计算的有效方法。     

软土地基中插入式大直径薄壁圆筒结构的一种简化数值计算方法

简述了对插入式大直径薄壁圆筒进行数值分析采用的力学机制，用弹簧元模拟薄壁圆筒与地基土体接触面间的连接所形成一种简化的数值计算模型，运用大型通用有限元软件ANSYS进行二次开发后对其进行数值计算与分析，比较了对筒内外淤泥粘土采用不同加固处理方法以及考虑相邻圆筒间采用不同边界约束条件时，对圆筒的应力和稳定性的影响。通过实例计算，验证了该数值模型的有效性与可行性，并得出一些有益结论。     

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。     

Spar平台吸力式基础极限承载特性数值分析

以国外某深海Spar平台工程为背景,针对其所采用的细长型吸力式基础的抗拔承载特性进行三维有限元数值分析.分析中充分考虑土体强度、加载位置和加载角度对吸力式基础极限抗拔承载力的影响,本构模型中钢筒基础采用弹塑性模型.分析结果表明,吸力式基础的极限抗拨承载力随着土体强度的增大而增大,倾斜加载时在基础插入土体部分中点左右加载可取得最大的极限承载力,极限抗拔承载力还随着加载角度的增大而增大.吸力式基础存在倾斜加载时桶基础与桶内外土体的共同塑性屈服破坏和垂直加载时桶外土体的局部剪切破坏等两种不同的破坏模式.     

考虑冲刷影响的筒型基础竖向极限承载力研究

大直径宽浅式筒型基础,阻水宽度大,在位工作期间受波浪海流作用,其周围土体易被冲刷。为研究单侧地基土体受冲刷后筒型基础的竖向极限承载力变化,通过引进冲刷率的概念,采用有限元方法研究了不同冲刷率下筒型基础的竖向极限承载力;并基于Meyerhof理论建立了计算不同冲刷率下筒型基础竖向极限承载力的极限平衡方法。研究结果表明,随着冲刷率增大,筒型基础的极限承载力出现不同程度的下降,当冲刷率为0.8时,即筒型基础单侧土体冲刷深度达6.4 m时,筒型基础的竖向极限承载力折减率为3.28%。建立的极限平衡算法可准确计算冲刷条件下筒型基础的竖向极限承载力。     

自升式平台穿刺计算方法探讨

自升式平台的穿刺会对平台结构或桩腿造成不同程度的损伤,因此非常有必要对作业井位进行插桩穿刺安全性评估。在总结国内外穿刺计算方法的基础上,首先分析了接近穿刺状态下上覆砂层的抗剪切能力,对桩基承载力公式进行了修正;然后对穿刺安全系数进行了探讨,推荐了平台作业期处于台风季时采用的安全系数;最后提出了更完善的穿刺分析和作业流程,并以HYSY9××平台在某井位插桩计算为例验证了所提出的方法。     

球柱壳耐压舱体极限承载力研究

耐压舱设计是水下机器人的核心技术之一,其极限承载力研究是核心中的核心。针对球壳封盖加柱形壳体耐压舱,现行标准对于初始导入缺陷数值的确定往往过于保守,对于耐压舱体数量较多的无人潜水器来说,过大的设计质量是总体设计所无法接受的。首先采用装配体整体建模策略,建立复合屈曲的受力模型,将三大非线性影响因素同时引入到极限承载力研究中,提升了计算精度。然后分别针对确定性缺陷和非确定性缺陷结构开展极限承载力研究。最后,提出以0.23%的初始缺陷导入尺度作为球壳封盖加圆柱壳体的耐压壳体缺陷导入参数,给出了导入尺度的计算方法,并借助水压试验对上述参数的准确性进行验证。     

受轴向压力开孔板极限强度有限元分析研究

使用有限元方法对不同边界条件下受轴向压力的多种类型开孔板的极限强度进行了研究。考虑到板的极限强度所涉及的非线性问题,运用ABAQUS/Standard弹塑性大挠度分析来求解极限强度。在计算了系列不同开孔位置及开孔大小的板的屈曲强度后,分析了各种边界条件及开孔形式对开孔板的极限强度的影响程度。最后在得到规律的基础上提出了适用于一定边界条件下的经验公式,可以在初步设计中用于估算开孔板的极限强度值。     

基于能量法的大直径超长钢管桩溜桩问题分析

海洋桩平台采用大直径超长桩,由于桩、锤的重量很大,沉桩过程中经常发生溜桩现象。因此为了便于打桩控制,判断溜桩的范围是非常必要的。结合实际工程对溜桩的过程和发生机理进行了探讨;利用PCPT原位测量资料,基于能量法建立了判断溜桩范围的分析计算方法。针对南海油田典型的平台桩沉桩过程中的溜桩问题进行了分析计算,验证了所提出的方法的合理性,可供桩设计以及沉桩施工参考。     

锚泊辅助动力定位系统单缆失效影响研究

针对半潜式钻井平台锚泊辅助动力定位系统在海上作业时可能会出现的单缆失效情况。以一艘半潜式平台为例,设计锚泊辅助动力定位系统。通过全动态时域模拟,研究不同的单缆失效模式对半潜式平台锚泊辅助动力定位系统功率消耗、定位精度、缆绳张力等的影响。根据分析结果,在极端海况下,松弛锚泊辅助动力定位系统的背风缆有助于降低定位系统的功率消耗,提高定位精度和系统的安全性,从而为锚泊辅助动力定位系统的工程应用提供一些参考。