地震作用下的导管架海洋平台结构动力优化设计研究

把导管架海洋平台看作钢框架结构，并把优化方法用于结构的抗震设计中；以结构的总重量最小为优化目标，导管的平均直径和壁厚作为设计变量，考虑强度、刚度和稳定等约束条件。通过渤海BZ28—1油田储油平台为例进行了计算，计算结果表明，此方法对海洋平台的设计具有一定的参考意义。     

考虑随机波浪载荷的导管架平台结构优化设计

研究海洋平台适应恶劣海况的设计理论,应用ANSYS软件对位于渤海湾的CII导管架海洋平台进行动力分析,得到CII平台基本动力学参数和在随机波浪载荷作用下的动力响应。CII平台是以管件为主的空间框架结构,将管件外径作为固定约束,以其壁厚作为设计变量,考虑刚度、强度和稳定性等约束条件,以结构的总重量为优化目标,对平台进行构件尺寸的优化设计,计算结果表明目标函数值比原设计减小4．33％,经济效益明显。此研究方法对近海导管架海洋平台的结构设计具有实际参考价值。     

导管架海洋平台优化设计中约束的有效处理

对导管架海洋平台优化设计中的应力约束、桩基横向承载力约束和构件长细比约束进行了分析,论证了应力约束取构件截机最大Ｍｉｓｅｓ应力、桩基横向承载力约束取桩顶侧位移或最大抗力比和构件长细约束取受压构件长细比许用值作为约束的合理性。提出了精细一维搜索算法,并用此法求我件截面Ｍｉｓｅｓ应力最大值。     

考虑结构-桩-土相互作用的导管架平台优化设计

首先建立了多设计准则、多约束条件的面向结构-桩-土相互作用的导管架海洋平台优化设计模型,然后给出了此模型与结构分析软件及优化算法软件相结合进行优化设计的方法,并以胜利油田埕北11#井单井采油平台为例进行优化设计.结果显示所建模型既不依赖于优化算法,也不依赖于初始设计值,目标函数值均收敛于同一极小值且收敛速度较快、减小幅度可观,从而说明了此模型的合理性.     

导管架下水驳船摇臂运动研究

导管架下水驳船摇臂是安装在驳船尾部用于导管架滑移下水的过渡装置。分析导管架下水后,驳船、摇臂运动特点的基础上,建立描述导管架下水后驳船-摇臂耦合系统运动的变系数微分方程,给出基于改进的龙格库塔法的数值求解方法。以一艘3万吨下水驳船在1.6万吨导管架实施下水后摇臂翻转运动为实例,对导管架下水后驳船及摇臂翻转运动状态进行了计算,并将计算结果与水池试验结果进行了对比。讨论影响摇臂翻转运动的主要因素,提出导管架与摇臂完全脱离时刻,驳船的吃水、纵倾角度以及摇臂纵倾角度、摇臂重心纵向位置对摇臂能否自动翻转复位以及复位时摇臂角速度影响较大。     

海洋导管架平台优化中灵敏度分析的解析方法

基于杆件有限单元法和海洋导管架平台的结构特点，提出了一种导管架平台灵敏度分析的简化解析方法，给出了灵敏度分析的解析公式，指出可以在结构有限元分析的同时采用此解析方法进行灵敏度分析，相对有限差分法和半解析方法能够在很大程度上提高计算精度，减少结构重分析的次数，利用编制的灵敏度分析计算程序，对渤海BZ28－1油田储油平台进行了灵敏度验算，证明了该方法的有效性和可行性。     

导管架平台的三维可靠性分析

本文以渤海有冰海域的导管架平台为对象,探讨了结构系统在海冰、海流和风荷载联合作用下,考虑弯矩与轴力两种荷载效应以及腐蚀海生物附着综合影响的三维可靠性分析方法.     

海洋导管架平台的极限强度分析

海洋导管架平台的极限分析是一项较新的研究课题，随着海上采油事业的飞速发展，它已越来越受到海洋工程设计及维修部门的重视。其研究成果不仅能用于设计结构的应力校核，尚可用于现有平台结构的整体安全估算。本文利用非线性模拟技术及线性分析程序的完美结合。成功地分析计算了受集中哉茶作用的空间框架结构，及受静载荷和环境载荷作用下的真实导管架平台极限强度。     

导管架平台健康监测中的信号处理技术

振动信号处理技术能够提取反映结构健康的特征信息,在导管架平台健康监测中发挥了重要作用。为了给导管架平台健康监测与振动特征提取的发展提供借鉴和指导,文中对导管架平台特征提取中常用的信号处理方法:傅里叶变换、小波变换和希尔伯特-黄(Hilbert-Huang)变换进行了综述,系统总结了它们的基本理论、适用范围、优缺点以及在导管架平台健康监测中的应用情况。文中发现傅里叶变换方法简单、适用性强,对于平稳信号有很好的处理效果;小波变换和希尔伯特-黄变换能很好地提取非平稳信号的时频特性,在导管架平台健康监测与特征提取中应用广泛。同时,随着人工智能算法的快速发展,未来的发展中,可以进行信号处理方法与人工智能算法的结合使用,以期获得更好的信号处理效果。     

海洋导管架平台抗震可靠性分析方法

以渤海湾的两座典型海洋导管架平台为研究对象,运用非线性逐步破坏分析方法,提出了在环境荷载作用下海洋导管架平台结构抗震可靠性的分析方法,并计算了相应的可靠度.计算与分析结果表明,本例的海洋导管架平台的抗震可靠度较大,即失效概率很小,而且该分析方法是一种较为简单、实用和可靠的分析方法.     

一种波浪能实验装置水动力学分析与优化设计

将造波水槽内二维浮体牵引弹簧回复液压缸的受力系统简化为弹簧—质量—阻尼器系统,建立数学模型,并根据牛顿第二定律得到运动方程式。采用基于简单格林函数的边界元方法对所研究浮体的水动力学系数和波浪力进行计算,对于施加给液压系统的不同外部阻尼值,由运动方程可得到相应的浮体垂荡运动位移。为求浮体对液压系统做功的最大值,在给定条件下着重对外部阻尼系数进行了优化。     

防振锤对深水导管架圆管风致涡激振动抑制研究

研究了阻尼防振锤对深水导管架圆管风致涡激振动的抑制。建立了防振锤动力学模型,分析了防振锤的动力学特性;将在建深水导管架圆管简化为固支梁,建立了结构有限元模型,通过瞬态分析计算了圆管的振动幅值;在圆管中部添加防振锤,分析了防振锤对圆管振动的抑制效果;进行了现场测试,对比了数值模拟和实际测试管道的振动响应。研究表明,文中设计的防振锤可以有效地抑制圆管的涡激共振;数值模拟结果与测试结果非常接近,验证了数值分析方法的有效性。     

离散元法模拟吸力锚施工中生成的土塞研究

吸力锚是近年来在海洋工程中出现并得以迅速发展的一种新型基础形式。然而吸力锚施工中产生的土塞现象对顺利施工和安全使用构成了严重的威胁。文章采用了离散单元法来研究吸力锚施工中的土塞现象,并得到了一些结论。圆形刚性颗粒模型是文章中所采用的基本模型,同时动态松弛法成为基本的求解方法。     

Discrete element method simulations of offshore plate anchor keying behavior in granular soils

Abstract

The keying mechanism of plate anchors (PLA) embedded into granular sandy soils is investigated in this work using the discrete element method (DEM) modeling to simulate microscale response and to observe the emergent macroscale behavior. Parameters (e.g., padeye eccentricity, loading direction) that influence anchor keying are analyzed in the simulations. The load-displacement response and embedment losses during keying are evaluated and compared to published experimental results from the literature. The keying mechanism of the PLA for different padeye eccentricities and loading directions are investigated. The DEM results are found to have the same trends as published experimental results. The embedment loss has a bilinear response with the padeye eccentricity which is in accordance with the experimental results reported in the literature. Embedment losses increase linearly with increasing loading directions. Microscale observations of mobilized particle friction, particle rotation, contact force network, and steering coefficient during keying are used to provide insights into the keying mechanisms. The potential for particle mobilization is reached more quickly for the larger padeye eccentricities. The particle rotation is the major keying mechanism for all the cases in the simulations. Finally, the granular assembly adjacent to the PLA is steering from horizontal to vertical for all padeye eccentricities.     

柔性气囊助浮法拆除导管架技术研究

文中研究采用柔性气囊助浮法起升导管架的拆除技术。浅水海域浮吊进入困难并且拆除导管架的施工费用昂贵。考虑气囊产生的浮力巨大、价格便宜及连接结构方便的特点,针对即将拆除的QK18-2平台,设计气囊助浮起升导管架的技术方案。考虑水深确定导管架吃水,设计气囊与导管架的连接方式。针对导管架在位起浮状态,计算带有气囊的导管架系统幅频响应RAOs,考虑不同的海洋环境参数,计算分析风浪流作用下导管架系统6个自由度的时域运动响应,文中提出了多点系泊控制导管架运动的合理系泊方式。研究结果表明,气囊助浮法拆除导管架技术具有较高的工程实用价值,针对目标导管架平台设计的气囊助浮拆除技术方案,具有费用低、风险小及不需使用浮吊的技术优势,该项技术可以在导管架平台拆除中推广应用。     

Dynamic Analysis of Deep-Ocean Mining Pipe System by Discrete Element Method

The dynamic analysis of a pipe system is one of the most crucial problems for the entire mining system.A discrete element method(DEM)is proposed for the analysis of a deep-ocean mining pipe system,including the lift pipe,pump,buffer and flexible hose.By the discrete element method,the pipe is divided into some rigid elements that are linked by flexible connectors.First,two examples representing static analysis and dynamic analysis respectively are given to show that the DEM model is feasible.Then the three-dimensional DEM model is used for dynamic analysis of the mining pipe system.The dynamic motions of the entire mining pipe system under different work conditions are discussed.Some suggestions are made for the actual operation of deep-ocean mining systems.     

导管架夹桩器受力分析及液压缸数选择

夹桩器是海上导管架调平和灌浆的辅助工具。分析夹桩器受力及影响静摩擦系数因素,得出增大液压缸钳口表面粗糙度是增大钳口与钢桩间静摩擦系数的合理方法;并采用ANSYS有限元分析方法对夹桩器上均布液压缸数进行了选择。