基于非线性理论的海底管跨涡激共振可靠性研究

管跨的涡激振动是引发管跨发生共振失效和疲劳失效的主要因素之一，也是对管跨进行可靠性设计、可靠性评估工作所要解决的主要问题。针对由涡激振动引发的海底管跨共振失效和疲劳失效两种主要失效形式，基于非线性动力学理论、随机过程理论和可靠性分析理论，建立了更为符合海底管线实际工况的共振失效和疲劳失效的可靠性分析方法。     

结构系统可靠性计算的方向概率法

通过随机空间的映射变换,将多个失效模式的失效面统一变换到随机独立的标准正态空间(Gauss空间)内,利用该空间球坐标沿其径向的X^2分布特性,计算系统失效域上的失效概率。由于无需进行模式间相关性的近似分析,因而提高了系统失效概率的计算精度。两种结构的可靠性分析算例表明,该方法实用性强,操作性好,精度较高,对于有高度非线性失效面方程的可靠性计算问题亦有很强的适应性。     

海洋柔性立管疲劳试验及其失效检测探究

API 17B规范指出海洋管道若想在海洋立管领域得到应用,要通过包括压溃、拉伸、打压及疲劳等各种试验的验证。其中疲劳试验是最关键,也是最复杂的试验。通过查阅API系列规范及相关文献,总结了海洋立管结构特点及实际运营中所受循环荷载效应,通过对海洋立管进行疲劳分析、疲劳试验、疲劳试验失效检测及验收标准等方面的分析探讨,最终形成一套验证海洋柔性立管性能及其可靠性的系统方法。     

船体可靠性评估

为了研究不同结构船体的寿命和使用时可靠度的关系,提出了一种基于试验的可靠度估计方法.针对不同结构船体寿命服从Weibull分布,在无失效数据情形下、置信度至少为γ和寿命为t时,根据船体寿命试验数据,给出了可靠度的单侧置信下限.该方法是在Weibull分布形状参数下限已知的情况下,能将所有的无失效寿命数据进行累加,大大提高了可靠性分析的精度.最后,对钢结构、钛合金结构、铝合金结构的船体,在寿命为t月、置信度至少为γ时,计算了3种结构船体的可靠度单侧置信下限.结果表明该方法易于计算,便于工程应用.     

基于内聚力方法的海缆接头轴向承载能力预测

铠装海缆的端部接头是实现缆体与上端浮体设备连接的重要部件,主要承担轴向荷载,接头连接性能成为限制海缆深水应用的关键瓶颈,其轴向承载能力预测工作具有重要意义。为研究接头轴向承载力的预测方法,本文首先基于双线内聚力模型开展了铠装海缆粘接接头脱粘失效的有限元分析,模拟了轴向加载过程中粘接界面的损伤及失效的过程,确定失效机理及...     

生态恢复的政府失效和市场失效

生态恢复的政府失效和市场失效王丰年安广文生态退化除了自然演替过程中的优胜劣汰、新陈代谢的内因外;政府失效和市场失效给本已脆弱的生态环境带来双重压力。（一）政府失效的生态影响评价在任何时代,人类社会沿着不同民族、不同国家、不同政府的合力方向发展。环境保...     

防波堤风险分析研究框架

介绍了防波堤风险分析研究的内容、方法和目前的研究进展。防波堤风险分析包涵四个主要方面:防波堤风险辨识、防波堤风险估计、防波堤风险评价和防波堤风险控制。具体内容包括:防波堤系统正常使用极限状态和承载力极限状态的界定,波浪不确定性的识别和描述,防波堤失效模式的探讨,单一模式失效概率和系统失效概率的计算,两种极限状态失效后果的量化,成本-获益分析,效用分析,可接受风险准则和降低风险的措施。防波堤风险分析的目的在于为决策者明确工程中存在的诸多不确定性因素,提供充足信息,实现项目的决策优化。     

水平荷载作用下高桩码头整体可靠度研究

高桩码头在港口中应用较为广泛,与重力式码头相比,其耐久性较差,因此,其结构可靠度的研究对于工程安全运行至关重要.目前,高桩码头可靠性的研究大多局限于构件层面,特别是忽略了构件失效之间的联系,不能反映整体的安全性能.本文通过ANSYS软件建立高桩码头参数化数值模型,综合考虑失效模式之间的联系,计算码头的水平向极限承载力,...     

基于重点抽样法的固定式平台结构风险评价研究

在建立海上油气设施的风险分析系统时,对由台风引发的极端海况造成的结构失效进行风险评估是1个十分重要的问题。为了建立实用可靠的风险评价方法,本文使用基于重点抽样法的随机模拟技术,对渤海海域CB12-C井组平台结构进行了全概率法失效概率计算,并在此基础上进行了平台结构的风险评价。该方法是1种适用于固定式海洋平台的定量风险评价方法,充分考虑了平台结构风险分析过程中各种不确定性的影响,极大提高了定量风险评价结果的可靠性。     

推进器失效对深海采矿船动力定位性能的影响分析

深海中蕴藏着丰富的矿产资源,深海采矿船是深海采矿的重要装备,通过动力定位系统控制采矿船的海上位置,动力定位系统由若干推进器组成。采矿船在海上受到风浪流作用,推进器一旦失效极易发生采矿船运动失控等安全事故,本文研究推进器不同失效方式下动力定位性能,分析推进器不同失效方式动力定位功能的损失。根据势流理论计算波浪载荷,数值模拟深海采矿船不同位置的单个推进器失效和多个推进器失效方式下的时域运动响应,对比各种失效方式对深海采矿船纵荡、横荡、艏摇三个自由度运动的影响,分析各种失效方式对剩余推进器推力的影响。研究结果表明：采矿船空载90°浪向,推进器不同失效模式对于纵荡运动影响远小于对横荡和艏摇运动影响,船艉单推进器失效对于纵荡和艏摇动力定位的影响大于两个推进器失效影响;对于采矿船多自由度运动动力定位两个推进器失效大于单推进器失效影响;一侧两个推进器或两侧推进器同时失效,对动力定位的影响相同,对于横荡运动的影响最大。本文揭示了深海采矿船推进器失效对于采矿船运动的影响程度和机理,对于深海采矿船的安全作业具有指导意义。     

基于模糊故障树方法的脐带缆可靠性分析研究

脐带缆作为水下生产系统的“神经生命线”,是水下生产系统的关键一环,其可靠性问题越来越受到关注。影响脐带缆可靠性的事件具有随机性,目前缺乏对这些随机事件发生概率的统计,难以直接对其可靠性进行定量分析。基于模糊数理论和故障树结合的方法对脐带缆可靠性进行分析,首先获得引起脐带缆失效的40个最小割集及底事件重要度排序。其次采用基于模糊集理论的定量分析对脐带缆故障树系统中的底事件进行统计计算,得到各底事件的失效概率,最终计算出顶事件概率,并得出导致脐带缆失效的主要因素依次为护套/铠装失效、钢管失效、电缆失效,为脐带缆的安全运行提出适当的建议。     

气象水文海洋仪器可靠性强化试验技术应用研究

海洋仪器可靠性是影响海洋仪器工程化和产业化的关键因素,已成为制约我国海洋仪器发展的一大瓶颈问题。针对海洋仪器可靠性提升的需求,本文综述分析了国内外海洋仪器可靠性研究现状,提出了一套适用于气象与水文海洋仪器的可靠性强化试验方法,以定点CTD(温盐深)、气温和气压等海洋水文气象测量仪为研究对象,设计了热应力步进、快速温变、振动步进以及综合环境应力等可靠性强化试验剖面并开展了相关试验。试验结果显示强化试验激发了海洋仪器故障,通过故障定位分析和设计改进,有效提升了设备可靠性水平。本文研究成果可为同类海洋仪器设备可靠性强化试验的开展提供良好借鉴。     

圆钢管截面极限强度受随机分布点蚀的影响研究

提出一种随机分布点蚀损伤的模拟方法,模拟点蚀在构件表面的随机生长过程,并建立了随机态点蚀损伤圆管截面的有限元分析模型;设计了三个受不同腐蚀深度点蚀损伤的圆管构件,并开展轴压试验,利用试验结果校验有限元模型的计算精度;在多种腐蚀情形下(点蚀强度和腐蚀深度变化),研究点蚀分布模式变化引起的极限强度退化及其变异性;比较随机分布点蚀模型与传统腐蚀模型(规则分布点蚀和均匀腐蚀)在计算强度和结构失效行为方面的差异。研究结果表明,点蚀的随机分布模式会引起显著的极限强度变异,且蚀坑深度越大,强度变异越大,蚀坑分布造成的强度极差与强度均值相比达到5%;随机分布点蚀相比于传统腐蚀模型,除了引起更为严重的强度削减,还会改变结构的破坏模式。提出的随机点蚀损伤的模拟方法,可替代昂贵的构件试验,应用于评估点蚀损伤圆管截面的极限强度,增强评估结果的可靠性。     

考虑轴向荷载和外压影响的非黏结柔性管道骨架层失效分析

非黏结柔性管道骨架层由不锈钢材料互锁缠绕而成,主要用于抵抗外压防止软管发生压溃失效.骨架层失效是柔性软管故障的最大风险,骨架层失效模式主要分为压溃失效和拉伸失效.采用非线性有限元方法并且考虑几何大变形、材料非线性、接触和摩擦等非线性效应的影响,对"S"型骨架层结构建立三维有限元模型,进行了单外压作用下的压溃失效分析和单一轴向拉力作用下的拉伸失效分析,而后开展轴向拉力和外压载荷组合作用下骨架层压溃失效分析.结果表明轴向拉力会一定程度上降低骨架层压溃承载力,相关结论可以为柔性软管结构设计和完整性评价提供参考.     

FPSO软刚臂单点系泊系统定量风险分析

针对FPSO软刚臂单点系泊系统出现过的系泊腿失效及背向工况风险事件,以渤海某16万吨级FPSO为例,采用数值模拟的方法,计算FPSO及单点系统在百年一遇海况下的载荷效应,通过统计学方法拟合效应的概率分布,完成定量风险分析。对于系泊腿旋转失效后的风险,使用故障假设(what-if)方法,依据失效后果判断其风险权重。计算结果表明,系泊腿结构在正常情况下受拉失效的概率很小;系泊腿纵摆失效后导致的结果比横摆失效更为严重,风险权重更大。背向工况下,船艏与YOKE的间距要明显小于顺向工况,在设计时增大二者间距可有效减小碰撞风险。     

中国南海极端风暴海况下固定式平台结构可靠性分析

基于中国南海海域风暴环境条件,研究分析南海海域固定式导管架平台结构整体性和可靠性,以及新建固定式平台结构设计准则。采用海洋环境数据后报方法,得到南海海域1972~2011共40年的风、浪、流联合数据,从中抽取风暴环境条件;利用通用荷载模型,将40年间的风暴环境数据转变成结构的荷载数据,即基底剪力或倾覆力矩;并计算得到风暴环境荷载的短期及长期分布,以及任意风暴下荷载的概率分布;根据结构可靠性模型,结合荷载的长期分布,研究基于结构暴露等级及失效概率的固定式平台结构强度储备比。根据计算,得到了不同暴露等级下中国南海平台的强度储备比,并与墨西哥湾及北海海域进行了比较,为新建平台提供设计参考。     

基于多尺度有限元的海上升压站脚靴式桩套筒连接结构分析研究

脚靴式海上升压站导管架的桩套筒与主导管的连接结构是关键荷载传递部位。整体梁系有限元模型无法反应局部板型结构的失效状态;截断板系有限元模型则受制于边界条件的合理性,结果不够精确。文中基于某工程海上升压站,建立不同精细化范围的多尺度有限元模型及不同边界条件的截断模型,对结构屈服失效及屈曲失效复核的同时论证了局部网格对计算精细程度的影响及截断模型对边界条件的敏感性;此外,研究了轭板板厚及应力比对屈曲失效的敏感程度,为今后海上升压站脚靴结构不同阶段的设计、优化提供参考和借鉴。     

半潜式平台结构整体可靠性分析方法

针对海洋环境中的半潜式平台多方面不确定性,基于半潜式平台结构整体强度分析方法,考虑多种波浪荷载作用的结构响应,采用非线性逐步垮塌分析方法,研究平台在不同控制工况下的极限承载力模型,建立相应的功能函数.根据结构体系可靠度理论和失效模式之间的关系,采用串联体系的可靠度计算方法.最后,对一座具体半潜式平台在100年重现期波浪荷载作用下进行了体系可靠性计算.计算结果表明平台整体可靠度水平由波浪引起的主要结构响应形式决定.通过计算,验证可靠度计算方法具有高效性和可行性,可以为大型深水浮式平台结构的设计、维护和评估提供理论依据.     

水下生产系统跨接管结构极限承载能力分析

跨接管是水下生产系统的主要构件之一,水下地形变化易导致跨接管两端承受较大边界位移载荷,对水下生产系统的结构安全性产生不利影响。研究并分析了端部相对位移载荷作用下跨接管结构的极限承载能力及跨接管失效模式的特点,表明整体轴向压缩位移分量是导致跨接管结构发生极限破坏的主要因素。在此基础上考虑了内表面周向裂纹对跨接管极限强度的影响。分析结果表明:当裂纹较小时,因弯管截面的椭圆化和塑性屈服,轴向压缩位移很容易使跨接管发生整体压缩失效;当裂纹较大时,因为裂纹韧带区的高应力效应,跨接管会在整体压缩失效之前达到极限状态;最终失效模式取决于裂纹的位置及大小。     

柔性管道骨架层压溃失效机理和安全评价方法研究进展

非黏结柔性管道作为深水油气开发领域的关键设备,是连接海底井口和海洋平台的主要纽带。海洋油气开发水深已经超过了3 000 m,高静水压力是深水软管设计和安全评价的主要挑战,明确深水柔性管道压溃失效机理,并准确地预测柔性管道的压溃压力可以为柔性管道结构设计和安全评价提供依据,柔性管道的压溃压力与骨架层的几何形状以及骨架层之间复杂的相互作用有关,准确高效地预测压溃压力变得极具挑战性。针对柔性管道失效机理研究和压溃压力预测方法进行了总结,指出当前柔性管道压溃失效分析中薄弱的环节,为我国非黏结柔性管道的结构设计和安全评价提供参考。