海洋平台基于隔振锥体装置的减振效应研究

针对导管架式海洋平台结构型式与特点,利用冲击隔振理论,将冰锥体与隔振技术结合起来,提出一种能有效降低冰荷载激励的"两级柔性隔振锥体"设计方案。建立了两极隔振锥体简化计算模型,确定了系统振动传递系数参数之间的关系。通过建立海洋平台有限元模型,采用有限元程序,进行了模拟冰荷载激励下的振动响应分析,并对安装隔振装置的小比例模型结构进行了冲击荷载下的减振试验。结果表明采用"两级柔性隔振锥体"能有效降低传递给海洋平台的冰力极值,减小海洋平台冰激励的响应。     

薄壁梁约束扭转极限承载能力简化计算方法研究

为了快速并有效地计算海洋平台等薄壁箱型梁结构的约束扭转极限承载能力,进行了薄壁梁约束扭转极限承载能力简化计算方法研究.基于塑性极限状态分析理论,提出了薄壁梁约束扭转极限状态应力分布假设,将薄壁梁视作为一系列由主要支撑构件和扶强材支撑的板格,推导了薄壁梁约束扭转极限承载能力上限的计算公式.应用非线性有限元方法验证了所提假设和计算公式的精度,将所提方法应用于箱型梁模型和半潜平台的约束扭转极限承载能力的计算分析,并与非线性有限元结果进行了比对,结果表明,本方法具有较高的精度,可用于海洋平台等薄壁梁的扭转极限承载力上限的估算.     

波浪作用下刚性框架浮体及其锚绳运动数值模拟精度分析

由小尺度刚性杆件构成的复杂结构近年来多用于海洋平台建设和海洋监测浮标制作以及海洋增养殖人工浮鱼礁的设计。采用有限单元法和集中质量点法建立波浪作用下刚性框架浮体及其锚绳运动数值模型,探讨空间单元划分、时间离散步长、数据保存格式对刚性框架浮体和柔性锚绳运动模拟精度的影响,分别给出此三者之间的匹配关系。研究结果表明:框架浮体的单元划分可依据是否出水给定,单元的划分比建议取0.05;锚绳的单元划分与其上端连接的浮体浮力有关,当锚绳的拉力主要由上端浮体浮力产生时锚绳单元的划分影响较小,当锚绳的拉力主要由波浪力产生时锚绳单元的划分比建议取0.02;空间单元划分与时间离散步长存在匹配关系,通过减小时间步长来追求数值模拟精度时必须同时考虑保存运动物理量截断误差的影响。     

基于实测的导管架海洋平台振动对人员安全评价

目前我国的海洋工程结构中,导管架式海洋平台占有很大比重,动荷载作用下导管架式海洋平台的振动问题日益突出。随着石油开发向深海进军,平台结构柔性更大,振动问题更为显著,可能对结构、设备及人员造成一定的安全隐患。基于现场监测获得的导管架平台振动响应,结合相关规范给出振动对人体的影响,提出人员感受评价流程。最后,以渤海、南海海域的导管架平台为例,基于现场监测,分析了结构的振动特性及作业人员在相应振动环境下的感受。此方法对导管架平台上部作业人员的工作与安全保障提供了科学依据。     

锥体导管架海洋平台冰激振动的DEM-FEM耦合分析及高性能算法

在寒区海域,冰荷载是影响海洋平台安全运行的主要环境荷载之一,由其引起的冰激振动给平台结构及其上部设备带来了严重危害。为分析不同冰况下平台的振动响应,本文建立了导管架海洋平台冰激振动的离散元（DEM）-有限元（FEM）耦合模型。采用具有黏接-破碎性能的等粒径球体离散单元对海冰的破碎特性进行模拟,通过由梁单元构建的海洋平台有限元模型获得结构的振动响应。在离散元与有限元的接触区域中实现了两个模型间计算参数的传递。为提高该耦合模型的计算效率和规模,发展了基于动力子结构方法的DEM-FEM耦合模型。为验证该耦合模型的有效性和可行性,将不同冰况下得到的冰荷载与ISO19906和JTS 144-1-2010标准进行了对比。结果表明,计算得到的冰荷载与标准相近,且冰厚与冰荷载呈二次非线性关系。同时,从冰速和冰厚两方面对比了渤海四桩腿JZ20-2 MUQ锥体导管架平台冰激振动加速度的数值结果和现场实测数据,发现冰速与振动加速度呈线性关系,冰厚与振动加速度呈二次非线性关系,并且振动加速度与冰速和冰厚平方的乘积呈线性关系。     

海上自升式钻井平台结构非线性分析

本文分析海上自升式钻井平台结构特征及其桩腿结构非线性大位移特点,采用非线性有限元分析方法,提出考虑剪切影响的三维梁单元几何非线性分析新的方法,并编制相应分析程序,对自升式钻井平台桩腿结构非线性问题进行了合理地分析,取得合理的分析结果.文中还通过自升式钻井平台实例分析说明了此法的应用.     

海洋柔性立管弯曲加强器参数敏感性分析

针对海洋立管弯曲加强器所受环境载荷与功能载荷的特点,基于有限元法对某海洋柔性立管弯曲加强器结构进行数值分析。通过有限元分析软件建立了弯曲加强器与柔性立管组合等效模型,重点讨论了弯曲加强器的设计参数对其自身防弯性能的影响,根据弯曲加强器的曲率及柔性立管的应力分布,对弯曲加强器结构进行优化设计,得到结论可供设计参考。     

单元升降式网箱强度校核

随着近海渔业的枯竭,海洋养殖业逐渐向深远海发展,但深远海养殖易受极端天气影响,本文基于海洋采油平台设计了一种八边形单元升降式网箱,为降低极端天气对养殖效益的影响提供了可能。针对单元升降式网箱结构安全性问题,本文基于ANSYS/Mechanical建立了单个单元网箱和四单元网箱在水面和水下两种状态的分析模型,通过相位角搜索程序确定不同状态下的工况,最终计算出两组网箱在两种状态下的应力和变形情况,完成对网箱强度的校核。仿真计算结果表明：单元升降式网箱可以通过下降到水面以下的方式有效应对极端天气;支撑桩腿与套筒之间的连接处是单元升降式网箱的结构薄弱处。单元升降式网箱为模块化、高效益化、灵活化深海养殖提供了一种解决方案。     

考虑桩土作用独桩海洋平台横向振动特性研究

采用动Winkler弹性地基梁模型模拟桩土问动力相互作用，并考虑了流体与桩问相互作用，通过组合成层土中、水中桩单元的刚度阵，推得了独桩海洋平台连续系统横向振动的动刚度阵及在波浪力作用下平台甲板处的频率响应函数，进而求得了在确定性波浪力及随机波浪力作用下桩身任意点的位移响应。最后，通过算例研究和分析了在随机波浪力作用下成层土参数、甲板上重量及冲刷淘深等因素对平台振动响应的影响。     

海洋工程中双柔性圆柱流激振动响应特性

海洋立管、海底管线和浮式平台系泊缆等柔性圆柱结构的流激振动会造成严重的疲劳损伤。目前,关于单根柔性圆柱流激振动的研究较多。为研究多根柔性圆柱系统的流激振动特性,开展了双柔性圆柱流激振动的模型试验。采用模态分析法将试验测量应变转化为位移。通过分析双柔性圆柱在并列、串列和交错排布方式下的响应位移、控制频率,揭示了双柔性圆柱的流激振动特性。研究结果表明:柔性圆柱并列排布时,两圆柱的相互作用使结构顺流向位移增大;柔性圆柱串列排布时,受遮蔽效应的影响,下游圆柱控制模态较低。由于柔性圆柱的多模态响应特性,"锁频"区后下游圆柱的位移并未显著增大;柔性圆柱交错排布时,下游圆柱发生"Wake-flutter",横流向和顺流向的控制频率接近,顺流向的位移显著增大。     

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。     

海上固定式平台结构安全储备研究综述

海洋平台长期暴露在海洋环境当中,因此复杂的海上环境载荷以及爆炸、火灾等偶然载荷作用会对平台的安全造成很大的威胁。安全储备概念的提出就是为了对结构的安全性进行量化评价。对现阶段结构安全储备的研究进行分析和总结,为海洋平台结构安全性的定量分析提供思路,从而能够更合理地提高海洋平台结构的安全储备。首先概述了海洋平台方面安全储备的发展过程。综述了结构安全储备方面的相关概念、分类方式、评价标准以及相关的安全储备性能指标。从确定性研究方法和基于概率的研究方法两方面,对海洋平台安全储备研究现状进行对比和总结,并分别列举了构件层次的安全储备和与海洋平台结构相关的RSR和CMR等安全储备指标及研究方法,并提出了一些关于海洋平台结构安全储备研究的问题和思路。     

具有结构-桩-土相互作用的海洋平台结构体系承载能力的概率分析

本文研究了桩在竖向荷载和横向荷载作用下承载能力的计算模型,给出了单桩承载能力的概率分析以及不同支承条件对海洋平台结构体系承载能力的影响;提出了具有结构－桩－土相互作用的海洋平台结构体系承载能力的概率特性和在极端荷载作用下海洋平台结构体系的可靠度计算方法。研究结果表明：对于桩支承海洋平台结构体系的承载能力,结构－桩－土相互作用的影响是不容忽视的,其偏差影响取决于土性的离散度。     

海洋平台结构地震响应不确定性因素分析

本文将海洋平台结构的刚度、质量、阻尼以及动水阳力系数C_m,C_d模拟为随机变量,利用随机有限元法,分析了这些参数的变异性引起的海洋平台结构地震响应变异性问题。结果表明,海洋平台结构地震响应的变异性与输入结构参数本身的变异性具有同一量级,动水阻力参数变异性对平台反应的影响比结构参数变异性平台反应的影响稍小。     

单点系泊海洋导管架平台结构体系可靠性分析

采用非线性逐步倒塌分析方法,考虑桩-土-结构的非线性相互作用,研究了单点系泊海洋导管架平台在极端荷载作用下的承载能力计算模型,在此基础上结合蒙特卡洛随机抽样法,提出了单点系泊海洋导管架平台结构体系可靠度计算方法。最后对工程实例BZ28-1SPM单点系?白海洋导管架平台结构在20年设计基准期和50年重现期进行了体系可靠性分析：研究结果表明：用50年重现期的环境荷载参数来进行BZ28-1SPM单点系泊海洋导管架平台结构的设计是合理的;在环境荷载中起主导作用的是由波浪引起的系泊力;在海洋平台结构的设计及对已服役平台结构的评估中运用体系可靠度理论,可以为海洋平台结构的设计、维护和评估提供理论依据。     

考虑腐蚀和冲刷的海洋平台损伤识别

以某导管架平台为模型,对分别存在腐蚀和桩基冲刷影响的结构进行模态分析,表明在腐蚀和桩基冲刷的影响下海洋平台的模态参数有明显的时变效应。基于频率变化和神经网络算法的损伤识别方法有较好的记忆能力和泛化能力,可准确识别结构损伤程度。忽略腐蚀和桩基冲刷的影响,基于神经网络算法的损伤识别结果产生较大误差,难以对损伤程度实现有效识别。考虑腐蚀和桩基冲刷影响,提出基于神经网络算法的海洋平台损伤识别方法的改进方案。数值研究表明,改进方法识别误差很小,可对损伤程度实现有效识别。     

面向拓扑分析的海洋流场临界点提取算法研究

临界点是海洋流场拓扑结构中的重要构成要素,基于临界点的特征提取对于揭示海洋流场拓扑特征、开展海洋流场拓扑分析具有重要意义.本文基于临界点理论和Sperner引理,综合改进后的双线性插值算法和Sperner完全标号法,对海洋流场数据进行了临界点特征提取.首先,在双线性插值算法中添加滑动窗口处理,筛选临界点的候选网格单元,...     

海洋平台板架结构简化评估对比研究

在海洋浮体平台设计初期,为了快速评估设计方案的结构强度水平,需要研究高效的简化方法。本文基于正交异性板理论,综合了平面应力和横向弯曲两种承载方式,改进了板架结构的正交简化评估方法。改进方法克服了原来只针对单一载荷型式的局限性,可以满足组合载荷状态下板架参数的等效变换。为了验证改进方法的适用性和精度水平,分别采用常规方法和改进方法,针对某案例平台的局部板架结构和整体结构开展了强度评估。评估结果表明,采用改进方法得到的结构区域应力水平误差在15%以内,满足初始阶段总强度评估的精度要求。     

浅水经济性柔性管道加强设计

柔性海洋管道需要针对使用要求进行结构加强设计.对于浅水海域,柔性管道拉伸和外压较小,如果通过合理简化结构的加强设计,可降低大量应用于海底管道的造价.根据渤海浅水海底管道铺设荷载,设计经济型非粘结构柔性管的结构形式,建立拉伸刚度分析模型,提出抗拉加强没计方法,并对加强设计制造的柔性管道进行了实验测试,结果表明能够满足渤海海底管道使用要求,为我国浅水边际油田开发提供新的管道选择.     

海洋平台结构抗震可靠性时程分析方法

将地震运动视为随机过程,建立海洋平台结构在地震作用任一时刻基于剪切变形控制的极限状态方程,应用JC法计算海洋平台结构在地震作用任一时刻的可靠度,得到海洋平台结构抗震可靠度的时程曲线。该方法可满足工程设计的要求,便于工程应用。