饱和软黏土中不同形状深水防沉板基础承载特性研究

防沉板基础是水下井口、管汇节点与管汇终端等的永久支撑结构,其承受的荷载具有明显的复杂性、非线性和不确定性,给防沉板基础的稳定性研究带来了巨大挑战。本文研究了在剪切强度随深度线性增长的不排水饱和软黏土中,相同用钢量条件下矩形、方形、六边形和圆形防沉板基础的承载特性。采用数值模拟方法确定了竖向荷载V、水平向荷载H(H_x、H_y)、弯矩荷载M(M_x、M_y)和扭矩荷载T联合作用下,防沉板基础在V-H、V-M、V-T、H_x-H_y、M_x-M_y、T-H和T-M荷载空间的地基承载力包络线,并建立了相应的拟合公式。研究表明,不同的基础形状对其承载力影响显著,当V较大时,适宜选用圆形基础;当H较为显著时,应选用矩形或方形基础;圆形、方形和矩形基础的抗弯特性分别适用于不同条件下M为主控荷载的情况;当T的影响不可忽视时,矩形或方形基础为首选形式,六边形和圆形基础次之。     

南海水下生产系统防沉板基础裙板贯入模拟试验与入泥阻力计算

防沉板基础裙板入泥阻力计算和长度设计是海洋工程水下生产系统基础设计的关键,基于南海番禺和荔湾地区水下防沉板基础裙板贯入模拟试验,验证了Lunne和Eide等建立的裙板入泥阻力经验计算方法对南海水下生产系统防沉板裙板设计的可靠性,确定了南海地区裙板入泥的端部阻力系数(0.320～0.360)和侧摩阻力系数(0.008～0.014 5),为南海水下生产系统防沉板基础裙板入泥阻力计算和裙板长度设计提供了依据,确保了南海地区水下生产系统的顺利安装。在工程地质调查时,既可以进行土壤钻孔取样并与已开展裙板贯入模拟试验的番禺和荔湾地区土壤组成和粒度对比,也可开展静力触探试验或裙板贯入模拟试验,得到裙板入泥的端部阻力系数和侧摩阻力系数。     

砂土中带裙板防沉板基础竖向承载力的上限解

防沉板是深海油气工程中水下生产系统的重要基础形式,因其埋深浅、水下施工方便等特点而具有广阔的应用前景。为了满足基础抗滑移的要求,可在防沉板底部设置裙板,裙板的存在增加了防沉板竖向承载力计算的难度。将防沉板基础简化为带裙板条形基础,考虑了内部土体与基础的相互作用,建立了竖向承载模式,即Terzaghi模式;运用极限分析法推导了该承载模式的上限解,引入了一个能够反映裙板与基础内部土体共同作用的经验参数—土体破坏率(η),其大小决定了地基中土体滑动面的范围;通过分析确定了在二维简化条件下带裙板防沉板基础的土体破坏率与基础高宽比的关系;并研究了土体破坏率不同时,地基承载力系数Nq和Nγ与土体内摩擦角之间的关系。     

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。     

管道终端及防沉板基础分析

管道终端（PLET）是水下生产系统的一个重要组成部分。管道终端的支撑结构与其防沉板基础为一体,具有结构简单、安装方便、重量轻等优点。以我国南海300m水深某油田环境条件作为设计基础,根据结构整体滑动的受力特点和具体的安装方式,考虑了底流的影响,利用SACS软件对在位和吊装两种工况进行了结构分析,确定了结构形式,选用了高强钢。对防沉板基础的承载力、沉降等情况进行了计算分析,结果表明,管道终端结构和防沉板基础满足力学性能和土质要求。     

水下油气生产系统技术及基础设备发展与研究

水下油气生产系统是保证深海油气开采顺利进行的关键设备之一,它的研发与国家深海资源开发有着密切的联系.文章就国外水下油气生产系统基础设备,如水下采油树、水下管汇、脐带缆等的发展现状、结构形式以及安装与设计时的热点问题进行了介绍,并对水下生产系统整体发展进程进行了详细叙述,综合国内研发情况,为我国水下生产系统的研发提供学习和借鉴的建议.     

水下生产系统在海洋石油开发中的应用

水下生产系统是一种将全部或部分油气集输设备放置于海底，低成本开发海洋石油的先进方法。对这一方法的研究在我国仅是近几年的事情。本文根据我国海洋油田的具体情况，提出了多种开发边际油田的方案，可供设计、生产部门参考。     

海底防沉板—桩复合基础承载特性数值分析

为了研究桩长对海底防沉板—桩复合基础在水平、弯矩和扭转荷载作用下承载特性的影响,以我国南海水深200 m的某工程实例为研究对象,利用Flac3D有限差分仿真软件建立了计算模型。研究了桩长为4 m、6 m和8 m的防沉板—桩复合基础在水平、弯矩和扭转荷载作用下的极限承载力和荷载传递机理。结果表明,桩长超过6 m时复合基础的水平承载力显著增长,在水平加载过程中,防沉板总是先达到极限状态而破坏,桩基础的贡献在加载后期体现,且桩长为4 m、8 m时,桩基础与防沉板的连接处弯矩最大;随着桩长的增加,复合基础的抗弯承载力大幅提高,桩基础对复合基础的抗弯承载力贡献增大,当桩长超过8 m,桩长的增加对提高复合基础的抗弯承载力意义不大;在弯矩加载过程中,桩长对于防沉板、桩基础的荷载分配有显著影响,桩长为4 m时,外荷载主要由防沉板承担,当桩长超过4 m时,外荷载主要由桩基础承担;当扭转荷载不超过2 100 k N·m时,防沉板承担主要荷载,直至防沉板达到极限状态而发生旋转,随后桩基础的承载力逐渐发挥;对于桩长为6 m、8 m的复合基础,其极限状态根据防沉板适用性准则确定。     

黏土中防沉板—桩复合基础地震反应特性研究

为了研究海底防沉板—桩复合基础在地震荷载作用下的动力反应特性,以我国南海深水工程实例为研究对象,利用Flac3D有限差分仿真软件建立了计算模型,土体采用Mohr-Coulomb本构模型,模型底部输入EL Centro地震波,对不同桩长的复合基础进行分析计算.在该特定工程背景下,研究结果表明:随着桩长的增加,防沉板顶部加速度放大系数呈减小趋势;地震荷载下,复合基础发生震陷,沉降量在地震波加速度峰值过后趋于稳定;当桩长为6m时,复合基础的水平振动程度和震陷量最小;由于桩基础把震动能量传输到深部土层中,复合基础周围土体的加速度响应值小于远场土体.在动力时域内,防沉板与桩连接处弯矩最大,需要在此处增设加固装置.     

水下机器人-机械手系统构建与研究

描述了一水下机器人——机械手系统研究平台的搭建,详细介绍了三功能水下电动机械手的设计与实验,给出了载体分系统的设计结果,利用Matlab工具箱和M函数构建了系统仿真模型,可以有效地对系统规划和控制算法进行验证(包括分别对载体分系统和机械手分系统的控制),可为进一步的现场试验提供指导和方法验证。     

自治水下机器人机械手系统协调运动研究

简单描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计,鉴于自治水下机器人-机械手系统运动学冗余、内部可能干涉以及载体圆筒式外形等特点,将惩罚调节因子引入系统运动学伪逆矩阵,保证了关节在允许范围内运动,避免载体大幅度姿态变化及载体与机械手之间的干涉,同时采用梯度投影法优化海流作用下的系统推力。仿真表明,该算法在解决系统冗余度的同时,有效地协调多任务下的系统动作。     

深海拖曳系统水下控制技术研究

深海拖曳系统是人类开发利用海洋的一项重要手段。在众多深海探测装备中,深海拖曳系统以探测面积广、作业效率高、操控性能好等优势而得到了广泛应用。针对深海拖曳系统水下控制技术,从控制手段和控制策略2个方面对其发展历程、国内外研究现状等进行梳理,分析对比不同控制手段的优缺点,并对深海拖曳系统水下控制技术未来的研究方向进行展望,以期为深海拖曳系统的应用与发展提供参考。     

水下无人系统发展概念和研究现状

水下无人系统在降低平台全寿命费用、减少高危作业风险与人员伤亡等方面具有先天优势,使其成为当今世界各国争相研究的热点领域。深入分析了美国水下无人系统的发展战略和现状,研究了我国水下无人系统的实际需求,提出了我国水下无人系统的发展概念和思路。     

水下储油保温监控系统研究

为了实现水下高效安全储油,对油水置换式水下储油及其监控技术进行了深入地研究,提出了油水隔离柔性储油方法.运用现场总线技术研制了水下储油保温监控系统.该系统采用基于神经网络的软测量方法实现隔离保温腔内高凝原油温度监测;运用热线测试技术实现保温性能在线监测;基于泛布尔代数的模糊逻辑控制方法进行原油保温加热控制.     

水下拖曳系统运动姿态仿真研究

采用凝集参数法建立了水下拖曳系统的三维离散模型,该模型由一系列的质量点和不计重量的弹簧组成.采用数学模型编程对NCEL浮球实验和四个典型拖曳系统进行了仿真计算.计算结果表明此数学模型具有一定的理论意义和工程实用价值.     

抛锚撞击水下管汇的数值模拟研究

船舶抛锚撞击水下管汇会影响到管汇的正常作业,基于ANSYS/LS-DYNA动力学分析软件,建立锚-水下管汇-海床土体的三维有限元模型,对抛锚碰撞水下管汇的过程进行数值仿真。通过求解水下管汇受碰撞后的等效应力、应变的时间历程及受撞击部位的凹陷损伤深度,发现最大等效应力点出现在管汇与锚接触位置处,管汇的碰撞部位最终发生凹痕变形。同时讨论锚与管汇接触面的形状以及海床土体对水下管汇损伤程度的影响,当冲击能量相同时,锚与水下管汇的碰撞接触面积越小,水下管汇的损伤深度就越大;当锚与管汇接触的接触面积相同时,冲击能量越大,水下管汇的损伤变形越大。海床土体的剪切弹性模量对管汇的凹陷损伤深度以及最大等效应力影响与冲击能量有关,海床土体的内摩擦角对管汇的碰撞影响较小。     

水下拖曳升沉补偿系统水动力数学模型研究

建立变缆长的水下拖曳升沉补偿系统水动力学偏微分方程组和边界条件.拖缆动力学模型基于Ablow and Schechter模型,拖体采用水下运载体六自由度方程模拟,运用有限差分法离散偏微分方程组和牛顿迭代法计算变缆长情况下拖体深度与拖缆各点张力的动态取值.数值计算结果表明采用收放拖缆的升沉补偿方法能够有效削弱母船升沉运动对拖体深度和拖缆张力的影响.     

水下自主航行观测平台在现调试系统的研究

利用CPLD硬件模块研发了一套能够嵌入到基于分布式控制体系的水下运动观测平台的在现调试系统,能够实现对系统内的多个节点实现在现调试和数据传输,加快了水下运动平台的研制、开发和调试进程。     

深海采矿转场工况平台—水下系统耦合动力响应特性研究

针对水深6.0 km深海采矿装备,研究其转场工况平台—水下系统耦合动力响应特性。建立深海采矿平台—输浆管—中继站一体化耦合动力模型,其中采用有限元方法离散输浆管,采用势流理论计算平台水动力,基于Kalman滤波对动力定位系统进行参数整定,优化动力定位系统推力。考虑动力定位系统,计算水动力和采矿平台—输浆管—中继站的频域响应和平台—水下系统耦合时域运动响应,计算得到了平台时域运动响应、水下系统动力响应及动力定位系统推力响应。结果表明：建立的一体化耦合动力分析模型是可行的,可以有效预报平台及水下系统响应;转场0°浪向动力定位系统可以有效控制平台运动;中继站运动较小,输浆管轴力较大,建议将输浆管的浮力材料移动到流速较小的水下范围,可降低拖曳力,有利于输浆管的强度性能。