Spar平台硬舱结构弯曲极限强度有限元分析

Spar是一种新型的深海油气资源开发平台,由于结构比较复杂,平台硬舱结构的弯曲极限强度很难用常规的理论方法进行计算。采用非线性有限元分析方法,分析结构构件、边界及载荷条件对硬舱结构弯曲极限承载能力的影响。结果表明:单舱段和两舱段的极限弯矩计算结果基本一致;当弯矩载荷方向平行中心井对角线方向时,结构的抗弯强度较弱;重力载荷对舱段的极限弯矩影响较小;结构内部的环向框架能显著提高舱段的抗弯强度。     

新型多柱桁架式Spar平台水动力性能研究

Spar平台以其较大的水深适应范围,较好的运动性能和稳定性,在深海油气资源开采中得到广泛的使用。随着技术的进步,各种新型的Spar平台形式不断涌现,其各方面的性能也得到大量的研究。结合前几代Spar平台形式的特点,提出了一种新型的多柱桁架式Spar平台概念,希望通过桁架的使用,保持Spar良好的运动和受力总体性能,同时采用多柱式的硬舱结构,降低建造难度和成本。并对该Spar平台的水动力特性,载荷以及运动响应进行了数值建模计算,分析结果表明,其运动响应较小,水动力性能良好。     

新型多立柱式Spar平台涡激运动特性研究

通过数值模拟和模型试验方法对一新型的Spar平台——多立柱式Spar平台的涡激运动特性进行研究。平台硬舱为四根圆柱方形阵列布置加方形中心井的形式,各柱间会产生复杂的相互干扰,不同于常规的单立柱Spar平台或半潜式平台,因此对其开展相应的涡激运动研究具有重要意义。研究主要关注的是不同来流角、不同流速下平台的涡激运动特性。通过涡激运动时的横荡运动、水平面内运动轨迹、首摇运动和水动力系数及绕流流场的分析,可得:在折合速度约为6~8范围内,平台横荡运动存在明显的“锁定”现象(0°来流角无侧板时“锁定”范围约为Ur=7~10)。在0°来流角下较高流速时,减涡侧板对涡激运动有明显的抑制效果。平台的运动轨迹近似与平台硬舱截面的对角线平行(0°来流角除外),这不同于常规的单立柱Spar平台。此外,试验中还观察到较明显的首摇运动。涡激运动时各柱间绕流存在复杂的相互干扰,而在柱后形成共同的涡结构。     

水下滑翔器耐压壳体的设计与优化

采用特征值屈曲分析方法对水下滑翔器耐压壳体的结构参数进行了分析,计算了结构参数在不同取值情况下壳体的临界失稳压力,在分析比较计算结果的基础上,确定了耐压壳结构参数的最优数值。计算结果表明,优化设计得到的壳体即能满足抗压稳定性和机械强度要求,又最大限度地减轻了壳体的重量,与最初的设计方案相比,壳体重量减轻了1.51 kg,同时也使壳体内部空间得到了加大,其中中间段内部空间直径扩大了8 mm。     

Truss Spar平台在浮卸作业过程中结构强度分析

在桁架式深吃水立柱式平台(Truss Spar)运输作业的浮卸过程中,半潜驳船不断压载下潜直到Truss Spar平台自浮后拖离驳船。针对浮卸作业的双浮体状态,提出Truss Spar平台在与半潜驳船发生接触情况下的载荷计算方案并进行结构应力水平评估。基于三维势流理论及SESAM软件,考虑平台及半潜驳船双浮体之间的水动力相互影响,首先对双浮体系统进行频域下求解,得到波浪诱导载荷;然后在时域下求解波浪中双浮体的运动方程及产生的接触力;最后将这两种载荷下的结构强度分析结果进行线性叠加,得到Truss Spar平台在波浪诱导载荷及接触力联合作用下结构应力水平。对比不同波浪方向及周期下的接触力结果,研究Spar平台结构整体应力水平及高应力区域位置特点,对总体强度水平进行评估。     

大直径浮式结构涡激振动的数值模拟

通过数值模拟的方法研究Spar平台两自由度涡激运动,建立考虑流固耦合时Spar平台涡激运动时域数值模型,采用Matlab软件编程计算了Spar平台在不同流速下的两自由度涡激运动响应,并比较了Spar平台涡激运动时非线性阻尼对于结构的影响。通过对数值模型模拟结果的比较发现,非线性阻尼能降低Spar平台两向涡激运动响应的计算结果,尤其是当平台发生共振时,这个影响更为显著。     

分隔板对Spar平台涡激运动响应影响的分析研究

当流体流经单柱式结构物时,由于流体黏性和逆压梯度的存在,会产生非定常的升力、阻力和涡旋脱落,即涡激运动现象,对一座Truss Spar平台的硬舱部分附加长度为1.0D(D为硬舱直径)的刚性来流侧分隔板,基于开源平台OpenFOAM,采用基于剪切应力运输的延迟分离涡模拟(SST-DDES)方法,在不可压缩黏性流场中,对其进行三维数值模拟,以研究在不同流速下,来流侧分隔板对Spar平台涡激运动特性和运动响应的影响。结果表明：在较高流速下,横荡周期减小22.21%,横荡最大幅值减小81.3%。说明在较高流速下,附加分隔板有助于减少Spar平台的运动响应幅值。     

球柱壳耐压舱体极限承载力研究

耐压舱设计是水下机器人的核心技术之一,其极限承载力研究是核心中的核心。针对球壳封盖加柱形壳体耐压舱,现行标准对于初始导入缺陷数值的确定往往过于保守,对于耐压舱体数量较多的无人潜水器来说,过大的设计质量是总体设计所无法接受的。首先采用装配体整体建模策略,建立复合屈曲的受力模型,将三大非线性影响因素同时引入到极限承载力研究中,提升了计算精度。然后分别针对确定性缺陷和非确定性缺陷结构开展极限承载力研究。最后,提出以0.23%的初始缺陷导入尺度作为球壳封盖加圆柱壳体的耐压壳体缺陷导入参数,给出了导入尺度的计算方法,并借助水压试验对上述参数的准确性进行验证。     

爆炸载荷下海洋平台波纹板防爆结构数值模拟研究

采用非线性瞬态动力学分析软件MSC.Dytran,对泄漏气体的爆炸载荷进行数值计算并与经验公式的计算值作比较。以海洋平台燃油舱围壁为研究对象,对其进行波纹板结构设计,根据波纹高度的不同,将波纹板分为三种:波纹板Ⅰ、波纹板Ⅱ和波纹板Ⅲ。利用MSC.Dytran,对不同波纹板围壁下燃油舱在油气爆炸载荷作用下的变形、能量吸收和加速度等响应进行数值模拟研究。通过对不同波纹板围壁与传统平板围壁的燃油舱动态响应的分析比较发现,燃油舱围壁采用波纹板Ⅰ时防爆效果相对较优。     

水下环肋圆柱壳弹性失稳临界载荷无损预报方法

基于振动的水下环肋圆柱壳临界载荷的预报具有结构无损的优势。以Flügge壳体理论和基于正交各向异性理论的环肋圆柱壳自由振动方程为基础,运用波传播法得出耦合系统的频率方程,并求出对应外压下的固有频率,通过最小二乘法线性拟合获得临界载荷、外压及固有频率的关系表达式。绘图得知任意边界的同一模态下,水下环肋圆柱壳的固有频率平方与静水压力成正比。结构失稳时,刚度丧失,固有频率降为零,据此求出水下环肋圆柱壳的最小弹性临界载荷。分析了不同边界条件对环肋圆柱壳临界载荷的影响,得知边界约束越强,环肋圆柱壳的临界载荷越大。结果对比表明了本方法的正确性,为水下环肋圆柱壳的固有频率及临界载荷的理论计算提供了一种新的方法。     

1nm锰矿相结构稳定性的研究

对在潮湿状态和经室温干燥后的人工合成Slnm锰矿相进行X衍射测定结果显示:1nm锰矿相与0.7nm锰矿相之间存在某种相变关系,那些结构不稳定的S1nm锰矿相,由于干燥等原因而失去层间-OH-H₂O层,而使原先的1nm相“崩塌”成为0.7nm锰矿相.1nm锰矿相结构稳定性主要是由被结合进层间的Cu、Co、Ni等二价金属阳离子的特性与数量所决定的,其所含的金属阳离子的数量与其锰矿相的结构稳定性呈正相关,而不同的金属阳离子在稳定1nm锰矿相的结构的能力的大小可排列为:Ni>Cu>Co>Zn>Ca≥Mg>Na.     

结构系统可靠性计算的方向概率法

通过随机空间的映射变换,将多个失效模式的失效面统一变换到随机独立的标准正态空间(Gauss空间)内,利用该空间球坐标沿其径向的X^2分布特性,计算系统失效域上的失效概率。由于无需进行模式间相关性的近似分析,因而提高了系统失效概率的计算精度。两种结构的可靠性分析算例表明,该方法实用性强,操作性好,精度较高,对于有高度非线性失效面方程的可靠性计算问题亦有很强的适应性。     

潜堤结构型式及其透射系数研究

针对胜利油田某保滩促淤工程，进行了多种方案不同潜堤结构型式的优选，比较了其中四种结构型式，并对这四种结构型式的潜堤分别进行了波浪水槽试验，测试其透射系数，在此基础上，给出了计算潜堤透射系数的经验公式，为工程设计提供依据。     

Study on mineral structural stability of marine 1nm manganate

I~D~IONThe numerous research results on the deep-sea manganese nodules show that the most valuable metal elements such as Cu, Ni are mainly concentrated in the manganese minerals, which only take about 15% Of the weight in the total manganese nodules, therefore, many marine scien.tists pay more attention in their research on the manganese minerals rather than the other mineralsin the deep-sea maganeses nodules.There are more than tens of different kinds of manganese mineral phases in the nod…     

塔斯曼海构造特征及其演化过程研究

塔斯曼海位于西南太平洋地区,处于印度-澳大利亚板块和西兰板块之间,大地构造背景复杂。该地区是全球油气资源勘探的重点海域之一,但是国内对该地区的研究相当匮乏。本文根据塔斯曼海海域的自由空气重力异常对塔斯曼海海域的构造单元进行了划分,前人关于塔斯曼海的研究主要集中在Resolution海岭北部,我们认为塔斯曼海的范围应包括Resolution海岭以南,麦夸里海岭以西,塔斯曼断裂带以东的区域（即南部次盆）。结果显示,塔斯曼海域及邻区包括3个一级构造单元:东澳大利亚陆缘、西兰板块和塔斯曼海盆,且塔斯曼海盆可进一步划分为西部次盆、东部次盆和南部次盆。本文基于塔斯曼海域90 Ma以来的洋壳年龄数据编制了构造演化图,将塔斯曼海的形成演化过程分为4个阶段:（1）中生代陆内裂谷期（90~83 Ma BP）;（2）塔斯曼海扩张阶段（83~61 Ma BP）;（3）塔斯曼海北部扩张停止阶段（61~52 Ma BP）;（4）塔斯曼海南部改造阶段（52 Ma BP至今）。     

基于小波分析的海洋平台实时结构健康监测

由于海洋平台结构长期处于恶劣的海洋环境中,并受到各种载荷的交互作用,结构容易产生各种形式的损伤。因此,对海洋平台进行实时监测有着十分重要的现实意义。以单筒简易导管架平台为例,主要在结构损伤的判定和定位两方面对海洋平台的实时结构健康监测进行研究,结果表明通过对结构响应信号进行小波分析,小波变换系数和小波包能量分布可以很好地定义损伤识别指标。     

局地海冰数值预测的冰激结构响应计算

在渤海海冰数值预测的基础上，通过渤海海冰的热力—动力模型，对油气作业区的冰厚、冰速、冰温等海冰参数进行短期数值预测，并以此对海冰的盐度、卤水体积、弯曲强度等海冰物理力学参数进行推算，进而对冰激平台结构响应进行计算分析。以辽东湾JZ20-2油气田的MUQ平台为例，对1999／2000年冬季的冰激结构振动响应进行了预测，其结果与实测情况较为吻合。     

三种织纹螺性畸变的发展过程与雄性结构效应

从2000年3月到2002年10月对中国沿海海产腹足类性畸变的大范围调查过程中．在广东省汕头港、湛江港和厦门港分别采集到西格织纹螺(Nassarius siquijorensis)、胆形织纹螺(Nassarius thersites)和节织纹螺(Nassarius hepaticus)等3个种，解剖观察发现3种织纹螺的雌性个体都发生了性畸变现象。根据织纹螺性畸变的发展过程，对目前的性畸变发展划分体系作了新的修改和补充。通过对比性畸变个体与正常雄性个体的特征．探讨了雄性个体结构特征在性畸变过程中的效应。     

Analytical solution on the surge motion of tension-leg twin platform structural systems

In this study the wave induced surge motion of a twin platform of a pretension leg structural system is investigated. A set of equations along with boundary conditions are derived, and solutions are obtained analytically. The tension-legged twin platform structural system might better represent a platform system in the practical application in either idealized two-dimensional analysis or actual three-dimensional practice than a single platform system. In the analysis the coupling problem of a two-dimensional tension leg twin platform interacting with a monochromatic linear wave train in an inviscid and incompressible fluid is considered. The problem is considered as a combination of the scattering and radiation. These two boundary-value problems are first solved independently and then combined together to resolve for all unknowns. The analysis is focused on the wave induced surge motion of the twin platform and the reflection coefficient. Other than the wave-related parameters, the dimensional effect of the twin platform structure is examined and presented in numerical examples. From the analytical results, it is found that the behavior of the tension-leg twin platform is significantly influenced by dimensional factors of the platform system such as the dimension of each single platform and the spacing between two platforms. It is also realized that to simplify the analysis of a twin platform system into a single platform, it tends to underestimate the wave-induced response and then reduces the safety of the platform system.