考虑焊缝影响的管接头有限元分析

本文提出了一种用罚单元方法及虚梁法处理海洋平台管状接头分析中弱连接问题的方法。有效地用来考虑焊缝影响的管状接头应力分析。应用本方法对T型管接头进行了数值计算,计算的结果与实验结果相当符合。由于计入了焊缝对结点处应力分布的影响,本法较一般已有的算法更合理。本文还探讨了焊缝形状及尺寸对‘热点’位置及应力集中系数的影响。     

T型管状接头的参数应力研究及可靠性分析

本文对T型管状接头的应力集中现象进行了广泛的研究。通过对较多的应力集中系数的实验数据的调查,及100例支管承受轴向载荷和面外弯矩载荷的T型接头应力分布及应力集中系数的计算,提供了应力集中系数与接头的几何参数α、β、γ、τ之间的相关曲线及可直接查用的应力集中系数表格,并对所提供的数据进行了可靠性分析。     

海洋钻井平台管状接头热点应力的自动采集

本文将光弹性试验技术与数字图象处理技术相结合使光弹试验图象进行数据自动采集、处理和分析。这一技术应用到海洋钻井平台K型、T型管状接头热点应力的采集上,取得较为满意的结果。     

海洋玻纤增强热塑性柔性管的理论与数值分析

近年来海洋复合柔性管道逐渐在海洋工程中崭露头角。相对于钢管,复合柔性管凭借其弯曲性能好、重量轻、抗腐蚀能力强等一系列优异的性能在油气开采领域不断受到青睐。本文研究对象为一种三层粘结型玻璃纤维增强的热塑性复合柔性管,该类型管道包含外保护层(高密度聚乙烯HDPE)、中间复合材料增强层以及内衬层(高密度聚乙烯HDPE)。研究内容主要基于三维弹性理论和复合材料层合板理论,建立了玻纤增强热塑性复合柔性管的理论计算模型,推导了复合柔性管在轴对称载荷作用下的平衡微分方程,主要分析了管体在内压载荷作用下的应力与变形规律,并将理论计算结果与ABAQUS数值模拟结果进行比较分析,结论表明理论计算与数值仿真结果具有较好的一致性。最后基于该理论模型,研究了内衬层(外保护层)与增强层相对厚度对柔性管应力和变形的影响规律,结果表明管道的增强层为主要承载构件,在增强层纤维方向的应力远大于其他方向的应力,随着增强层从内向外扩展,纤维方向的应力逐渐减小,且内衬层(外保护层)厚度对管道整体的力学性能几乎没有影响。     

基于半数值方法的限弯器剪弯刚度分析

柔性管缆限弯器存在接触非线性导致剪弯刚度分析困难。为此先基于悬臂梁方程建立剪弯刚度理论模型;然后构建考虑接触边界的锁合结构数值模型,得到其扭转刚度曲线;最后结合理论分析和数值计算求得考虑接触非线性的限弯器剪弯刚度曲线,并同传统的整体数值方法相比较,验证该半数值分析方法的有效性。对比发现基于半数值方法的限弯器剪弯计算效率远高于传统数值方法,其结果误差也满足工程需求;并且限弯器锁合结构处受接触边界影响有明显的非线性;限弯器子梁这一短梁结构基于Timoshenko梁理论计算的结果精度更高也更保守。相较于传统数值方法,该半数值方法用方程直接表达部分参数与剪弯刚度关系,并可以高效地分析限弯器剪弯刚度,使设计工作更加高效。     

组合载荷作用下深海非粘结柔性管力学性能对比分析

建立深海非粘结柔性管新型力学数值分析模型,分析其在复合载荷工况下的力学性能。深海非粘结柔性立管是深水资源开发的关键设备,安装成本低,适用于恶劣深海环境。然而,由于非粘结柔性管本身的结构型式复杂以及层与层之间的摩擦、接触等诸多强非线性特性,使其局部力学性能分析面临众多挑战。研究针对非粘结柔性立管特殊的结构型式,建立一个高效的数值分析模型,对其刚度进行数值求解并与实验结果进行对比,探讨了内压和拉伸、扭转、弯曲的组合载荷工况和拉扭组合载荷工况对非粘结柔性立管刚度的影响。研究表明,本文所建立的简化模型计算结果与实验结果吻合较好。此外,柔性立管所受到的内压可以在一定程度上增加非粘结柔性立管的刚度;拉扭组合载荷工况使非粘结柔性立管的拉伸刚度降低明显,而使其扭转刚度少量增加,总体上较单一载荷工况更加危险。     

海洋平台管接头应力的有限元分析

本文描述了有限元法在海洋结构管接头应力分析中的应用,并提出了一种能较好地模拟管接头结构、基于三维等参元和三维相对自由度壳元的组合模型的有限元格式。为减少工作量和提高计算效率,还采用了子结构技术。T型和Y型接头的计算结果和实验结果相比,两者吻合甚好。     

海洋平台T、Y型管节点的局部柔度分析

海洋平台管节点局部柔度对平台结构的名义应力、变形、构件的稳定性及振动周期、模态等均有不可忽视的影响,这一现象对深水平台尤为重要。对管节点局部柔度的研究,近年来已逐渐引起了注意。本文用半解析法对T、Y型管节点在轴力与面内弯矩作用下的局部柔度进行了计算,所得的结果与国外已有的经验公式与试验结果比较,证明是足够精确的,从而证明了本文的方法可准确有效地用以确定管节点的局部柔度。为了说明管节点局部柔度对平台结构的影响,文中给出了对一简单结构分别用传统方法和计及节点局部柔度的方法计算的结果及比较。     

海洋工程结构中T、Y、K型管状接头的解析解法

本文提供了一个新的解析法,可以计算海洋工程结构中常见的 T、Y、K 等各型管状接头的应力分布及应力集中系数。作者根据此法,编制了相应的计算机程序。实例计算表明,按此解析法所得结果与 SAP5计算结果及实验结果有较好的一致性。     

隔水管卡簧式快速接头强度分析

隔水管是井口平台的重要组成构件。许多早期建设的井口平台隔水管采用卡簧式快速接头进行机械连接,卡簧作为主要连接构件,其完好程度对结构的强度有重要影响。本文针对卡簧式快速接头,基于ANSYS建立了快速接头有限元实体模型,找到了合理模拟卡簧与公母接头接触、施加端部作用力及模拟损伤破坏等问题的方法,进行了快速接头的强度分析;并在此基础上分析了卡簧完好、损伤25%、损伤50%、完全损坏情况下的接头应力变化,比较了卡簧损伤位置对接头强度的影响。计算结果表明,卡簧损伤50%时卡簧对接头几乎没有约束作用;卡簧的约束作用主要是由受拉一侧卡簧提供。     

第三届全国近海工程学术讨论会论文目录

序号论文名称作者姓名俐筋混凝土平台的非线性有限单元法分析’立管的应力特性及计算方法T型管节点单内环加强强度分析我国海洋平台管节点应力分析的研究工作管状接头的激光散斑应变测量T型管结点在支管荷重作用下管径比对交贯 线上应力分布的形响焊接俐接头在海水中的常幅疲劳试验焊接钢接头在空气中的常幅疲劳试验桩基导管架平台结构一桩一土共同作用的计 算方法及计算机程序关于管节点疲劳寿命估算的断裂力学分析方 法的研究海洋工程中却贝(ch合rpy)冲击试验温度 的确定海洋平台刚架结构的总体稳定性分析浅基础在偏心和倾斜荷载作用下的…     

深海悬链线立管涡激疲劳损伤研究

讨论海洋平台钢质悬链线式立管SCR(Steel Catenary Riser)的涡激疲劳损伤问题。对于悬链线立管外的流体,给出涡脱落频率和升力对立管作用的计算方法。悬链线立管采用索结构模型,进行动力学分析并利用模态叠加法对其进行动力响应分析。根据Palmgren-Miner线性累积损伤准则并结合S-N曲线,分析在不同流速下立管的涡激疲劳损伤。以工程中实际使用的1 500 m Spar海洋平台悬链线立管为例,对立管的涡激疲劳损伤进行了预报。并通过立管的参数研究,分别就立管外不同来流速度、立管壁厚、内部流体密度和柔性接头刚度对其疲劳损伤的影响进行了分析,得到了一些有意义的研究结果。     

海洋平台的灌浆卡箍技术研究

在国内外文献研究的基础上，对钢质近海结构物的修理，加固方法做了较为深入的研究，利用丹麦学者N．S．Ottosen提出的多轴应力状态下混凝土强度理论Ottosen破坏准则，建立了钢与混凝土组合结构T型灌浆卡箍管节点的轴向受控，受压和面内弯矩作用下的非线性有限元计算模型，采用分级加载计算分析了相应的极限承载能力，并与试验结果进行比较分析，计算结果表明，经灌浆卡箍维修后的管节点应力分布，变形和极限承载能力都得到了明显的改善，所得结果较好地反映了实际结构的力学特性。     

海上桶基平台基础边界条件的简化方法与结构优化

海上桶型基础平台采用桶型基础这一新型的基础型式,桶基平台在结构强度校核计算和结构优化中必须考虑其有限元分析模型的基础边界条件简化问题。本文提出了桶基平台有限元分析模型中的基础边界条件简化方法,将桶型基础边界简化为位移弹簧边界元,给出了弹簧刚度的计算方法。通过模型试验与本文提出方法的计算结果的比较,证明本文提出的方法是正确的。同时,将本文提出的方法应用于桶基火炬平台的结构优化,表明该方法是实际可行的并且对于桶基平台的结构强度校核计算与结构优化有重要意义。对于桶基火炬平台的结构优化采用了适合离散变量优化求解的遗传算法,优化的结果有效地降低了结构重量,降低了工程造价。     

TY型管节点局部柔度的参数分析及试验研究

由于海洋平台管节点的局部柔度对平台结构的静动力性能有重要影响，如何确定各类管节点的局部柔度成为一个重要的研究课题。本文用半解析方法计算了海洋平台中一类常见的管节点──ＴＹ型管节点的局部柔度，并用回归方法得出了计算ＴＹ型管节点局部柔度矩阵中各元素的参数公式。本文还介绍了对一组ＴＹ型管节点ＰＶＣ塑料模型进行的局部柔度试验。参数公式计算结果与模型试验结果的比较表明，本文得出的参数公式是基本可靠的，建议可在海洋平台总体结构分析中使用。     

非粘结柔性立管螺旋键缠绕角度敏感性分析

非粘结柔性立管结构形式复杂,层与层之间涉及摩擦、接触等非线性特性,使其数值模拟方面很难同时保证效率与精度。针对柔性立管特殊的结构形式,本文建立不同角度螺旋键的非粘结柔性立管高效分析简化模型,通过Ansys workbench软件分析非粘结柔性立管在内压和拉伸、扭转、弯曲的组合荷载工况下螺旋键缠绕角度对其刚度的影响。结果表明:本文所建立的立管简化分析模型与立管原型的力学性能吻合较好,并且可以提高计算效率;螺旋键缠绕角度越大,立管的扭转刚度越大,拉伸刚度与弯曲刚度越小;内压的施加对拉伸刚度、扭转刚度和弯曲刚度是有利的,内压对于弯曲刚度有较明显的增加,对拉伸刚度和扭转刚度有较小程度的增加。     

(会议报道)

●第五届全国近海工程学术讨论会由中国海洋工程学会领衔及另外三个学会,一个石油公司参加组织的第五届全国近海工程学术讨论会于1989年6月在天津召开,参加人数近80人.发表论文96篇,并出版了论文集.论文主要分,波浪作用力,海冰作用力,桩式结构受地震作用的动力响应,海洋缆体系统三维动态分析,管状接头极限强度分析,海底管线动力特性,浅、深海早期石油开发研究,海洋工程施工等等。     

近海山体对船测重力数据的影响

在处理近海重力数据时,近海山体对船测重力数据的影响是不能忽略的。笔者提出一种校正近海山体对船测重力数据影响的方法,使用点元法计算近海山体对船测重力数据的影响值,并给出其消除方法。以位于崂山邻近海域的工区为例,通过计算崂山的影响值可知,测点距山体距离与影响值成反比,最大可达0.12 mGal,当距离超过20 km,影响值忽略不计。通过上述方法,可以得到更加准确的海洋重力数据,从而进行更加有效的地质解释。     

新型多功能干树储油半潜平台研发

针对凝析油气田开发了一型适应我国南海环境条件的深水多功能干树半潜平台,平台运动性能优良,可实现干树开采、回接水下井口、油气生产处理、凝析油存储、钻修井等功能。平台由上部组块、主船体、细长柔性连接结构、垂荡板、顶张紧式立管(TTR立管)系统、系泊系统构成,结构特点为采用细长柔性连接结构连接主船体与箱型垂荡板。垂荡板采用箱型结构,承受作业吃水压力,可实现平台与箱型垂荡板的整体拖航,平台安装简易,细长柔性连接结构可在位维修或更换。平台立柱内设置储油舱存储天然气凝析油,解决凝析油存储外输问题。平台采用成熟系统系统集成,运动性能优良,海上施工风险可控,未来有望成为一种新的深水油气田开发平台型式。     

菲律宾海温跃层的区域性特征及其季节性变化

由于<海洋调查规范>规定的中国近海温跃层计算标准不适用于菲律宾海,本文通过统计分析得出了更合理的计算标准,并应用WOA01数据集对菲律宾海的温跃层进行了计算,得到了主温跃层和季节性跃层特征值的区域性分布和季节性变化.菲律宾海温跃层结构可分为热带型、亚热带型和温带型三个区域类型以及冬季和夏季两种季节性模态,总结了各种类型的典型剖面结构和特征值.应用Argo数据对WOA01数据的计算结果进行了验证,给出了各类型温跃层特征值的误差量级.