考虑几何非线性的张力腿平台随机响应等效线性化分析

考虑深海柔性张力腿平台的几何非线性特征,建立柔性平台结构非线性随机振动响应分析方法.该方法结合模态分析,把系统隐式的非线性项转化为由模态坐标高次组合表示的显式非线性项,在此基础上引入虚拟激励法,建立结构在随机波浪荷载作用下的等效线性化系统,从而确定结构各非线性随机响应.通过对某一mini-TLP的分析结果和试验实测值的比较,表明该方法具有较好的计算精度和较快的计算速度,能够满足大型结构的非线性随机响应分析要求.通过对不同波高的计算,结果表明张力腿平台在较大波高作用下几何非线性影响显著,忽略这部分的影响,计算结果将会产生很大的误差.     

基于水平湿拖的TLP平台张力腿现场扶正数值模拟

TLP平台张力腿安装方法有竖直安装和水平安装。以一TLP平台张力腿为例,基于张力腿水平湿拖安装方法,采用OrcaFlex软件建立扶正分析模型,数值模拟了张力腿现场扶正过程,研究分析了张力腿在不同海洋环境和吊机缆绳释放速度等参数下的动力响应,并在此基础上进行了集束扶正分析,根据安装接受标准确定了合适的扶正作业天气窗口。模拟分析结果表明:在扶正过程中,浪向/流向、波高、流速对张力腿应力影响显著;吊机缆绳张力对浪向/流向、流速敏感;吊机缆绳释放速度对张力腿应力和吊机缆绳张力影响微弱。     

波、流联合作用下张力腿平台系索系统疲劳可靠性分析方法研究

论述了对波流作用下张力腿平台系索进行疲劳可靠性分析的两种方法.考虑波流的联合作用,对张力腿平台进行涡激振动动力响应分析得到应力谱.采用Palmgren-Miner线性累积损伤(S-N曲线)方法和断裂力学方法分别建立失效模式的极限状态函数,进行可靠性分析.假设环境荷载的长期分布是由k个短期海况组成,且每一个海况的短期分布服从Rayleigh分布.对应力范围进行雨流修正使其服从Rayleigh分布.通过实例计算对两种方法进行了比较,可靠性分析计算采用一次二阶矩(FORM)方法和Monte Carlo方法.     

在平台振荡条件下TLP张力腿的涡激非线性响应

给出了预测张力腿涡激横向振动的时域分析,考虑了波浪、海流、张力腿平台的横漂与垂荡诸因素.张力腿平台的垂荡引起张力周期性变化,对张力腿的涡激横向振动起参数激励的作用,使其动力响应更为复杂.讨论了参数激励下涡激响应的共振条件;以尾流振子模型为基础,发展了分析张力腿在动张力作用下的涡激振动的工程方法,并分析了一座TLP实例,给出了在横漂周期内张力腿上质点的相对位移、弯矩、剪力幅值的时间历程.结果表明,平台垂荡使张力腿的涡激响应幅值升高、高频成分增加,因此它对张力腿的疲劳设计是重要的.     

畸形波作用下四立柱张力腿平台动力响应研究

介绍了畸形波生成的方法并对各种线性合成畸形波的效率进行了对比。选用改进的随机波加瞬态波的方法模拟强非线性波———"新年波"的波形。采用微元法对张力腿平台的立柱和浮筒进行离散,编制程序对张力腿平台在强非线性波作用下的耦合动力响应进行了数值模拟,重点比较分析了张力腿平台在随机波及畸形波中所受波浪力、平台动力响应、系泊系统张力特性及浪向角对平台运动的影响。研究表明:在"新年波"作用下,0°浪向时,平台在x和z方向所受波浪力较随机波增长了约1/4,纵荡、垂荡及纵摇响应值分别增加了33%,38%和12%,张力腿张力幅值增加约20%,位于平台四角的张力腿张力有所差异,相邻两根张力腿的张力差别不大,浪向角对平台运动响应、张力腿张力的影响畸形波大于随机波的作用。为今后考虑强非线性波浪影响时张力腿平台的设计提供了借鉴和参考。     

冲击荷载作用下新型延展式张力腿平台时域分析

延展式张力腿平台是一种适用于深水油气开采的海洋平台结构。提出一种新型平台由四个立柱和一个环形浮箱连接而成,环形浮箱是由四个箱型梁焊接而成。根据给出的南海海域的海况条件和相应的规范计算结构的环境载荷,运用SESAM软件Deep C模块,考虑风、浪、流等环境荷载的作用和张力腿系统的非线性影响,进行了时域耦合分析,得到了平台的运动位移时程、张力腿系统张力时程和张力极值等。模拟波浪破碎作为冲击载荷,得到张力腿平台在冲击荷载作用下的运动位移时程、张力腿系统的张力时程。研究结果表明:该新型平台具有良好的运动响应,张力筋腱应力满足安全要求;在冲击载荷作用下新型平台的运动响应也满足要求。     

基于水动力性能的TLP结构选型研究

为了解决四种典型结构型式的张力腿平台在中国南海荔湾气田极端海况条件下的选型问题,采用新的相似原则以保证平台的设计拥有相同的相似条件。这些相似条件确保了四种平台具有相似的水动力性能和系泊性能。考虑平台和系泊系统包括顶张紧式立管(TTRs)、钢悬链式立管(SCRs)及筋腱之间的耦合效应,运用动态时域耦合分析方法计算得到平台的动力响应,并通过对比不同结构型式的平台在作业、极限及生存工况下的运动响应以得到最优水动力性能平台。文中还分别对四种张力腿平台的动态响应、筋腱受力、气隙分析和动晕环境条件进行对比分析,分析结果为实际工程提供参考。     

张力腿平台及其基础设计

海洋工程油气开发逐步向深海域进军,资料表明２１世纪深海的石渍、天然气将是主要能源这一。目前主要的深海石油平台形式是张力腿平台,其结构一般由平台本体、张力腿系统和基础系统三部分组成。基础部分不但承受着结构上部及海底的各种载荷,而且为结构提供必要的稳定性和安全性。本文通过对当今世界已建成投产的９座深海张力腿平台及其基础形式进行分析,剖析它们的基础设计思想,为我国深海张力腿平台的设计提供参考。     

张力腿平台涡激运动模型试验与数值分析

为揭示张力腿平台涡激运动响应规律,采用数值模拟与模型试验相结合的方法研究了全水深系泊张力腿平台涡激运动响应。根据张力腿平台主尺度参数,按照几何相似制作了水池试验模型,在满足运动相似和动力相似的条件下开展了均匀流、剖面流模型试验,并将模型试验结果与数值模拟结果进行了对比,验证了数值模拟与模型试验结果的一致性。分析结果表明在均匀流作用下张力腿平台涡激运动的锁定区间在5.5<U_r<8.5,来流角对涡激运动影响较大。剖面流作用下平台涡激运动规律与均匀流作用基本一致,但剖面流造流引起的能量分散,使平台在XY平面的运动轨迹变得不规律,系泊系统提供的回复力对涡激运动幅值有抑制作用,来流角和流速对张力腿或立管模态影响明显。论文得到结论对于张力腿平台的工程设计有一定借鉴意义。     

海洋平台张力腿非线性动力响应

采用非线性梁模型,充分考虑张力腿轴向与流向的耦合效应及平台运动对张力腿的作用,运用Galerkin法进行分析求解,研究不同的长径比(L/D)情况下,弯曲刚度和非线性耦合效应的影响,以期得到更适用于实际的张力腿简化模型。