大型导管架吊点分步离散优化设计

导管架吊点的设计是关系导管架起吊安全的重要环节.针对大型导管架吊点结构特点,利用有限元法和优化技术,提出了分步离散优化设计方法.在建立吊点有限元模型和给定边界条件的基础上,按线性静力分析,将吊点设计分为选型和板厚优化两个步骤.在吊点选型过程中,以最少板数为优化目标;在吊点板厚优化过程中,以综合最小板厚为优化目标.该方法不仅是大型导管架吊点优化设计的通用有效方法,而且同样适用于其它类似的工程问题.     

钻井船插桩对导管架平台群桩影响的CEL有限元分析

采用CEL大变形非线性有限元方法并结合非线性地基梁模型对海洋石油941钻井船在番禺10-2平台钻井插桩时对邻近导管架平台群桩的影响进行了分析,并得到以下结论:1)钻井船插桩过程中,桩身最大位移及出现的位置随钻井船插桩深度增加而下移且钻井船插桩位置与群桩距离越近,对桩的影响越大;2)在插桩过程中,桩身最大弯矩出现的位置与桩身最大位移出现的位置一致,而桩身最大剪力出现的位置较桩身最大弯矩出现的位置偏下;3)与没有插桩影响的群桩相比,桩身最大弯矩与桩身最大剪力明显增加。     

高桩防撞墩动力大变形分析及防撞设计新方法

通过引入合理的船舶与防撞墩相互作用模型及桩基动力p-y曲线法,建立船舶撞击高桩防撞墩的动力学分析模型。通过分析撞击系统的动力响应及能量转移规律发现,撞击过程中水平变形性能较好的高桩通过水平大变形而吸收大部分撞击能量,此时高桩破坏以桩身最大弯矩作为控制标准;船首强度、混凝土防撞墩总质量及桩周土强度参数对撞击过程中桩身最大弯矩影响不大。传统水上结构防撞设计方法不再适于这类刚度较小结构的防撞设计,通过对比分析,提出了工程上适用的基于能量控制的防撞设计新方法。     

基于四元数的椭球面距离计算方法

针对现有椭球面上两点距离公式使用范围有限,以及测算方法抽象冗杂、计算效率低等问题,基于四元数可以描述多个定位姿态的性质,提出了一种具有普适性,且可以有效减少积分误差,提高测算精度和效率的方法。针对不同的地理位置,采用不同的椭球模型,以获取更接近真实地理位置的坐标数据。结果表明,四元数可以将位置的移动和转动融为一体,通过相对位置的选择角度,方便地表达两点间的弧长距离。并且由四元数确定的椭球上两点间极坐标距离公式,可以在保持高计算效率的同时,有效提高计算精度。     

深水S-lay管道形态和内力分析的分段解析方法

考虑深水S型铺设中离散均布托辊对上弯段管道的支撑作用,提出了管道铺设形态和内力的分段解析求解方法,通过迭代搜索算法确定管道最佳反弯点和升离点的位置,结合刚性悬链线理论和欧拉梁弯曲理论,推导了管道的变形和内力的解析表达式。依据所建立的分段解析方法编制了相应的数值计算程序,以某3 000 m水深铺设12英寸管道为例,计算了管道形态和内力响应,与商用有限元软件的数值分析结果进行对比,表明了分段解析方法的准确性和有效性。建立的方法具有较高的计算效率,为进一步开展S型铺设参数的优化或可靠性研究提供了有力的手段。     

海洋仪器试验场EVA测试浮标体强度研究

针对试验场专用浮标海上现场投放船体空间小这一问题,提出了单耳吊装工作方式,合理的浮标体结构设计及单耳吊装下强度校核是基础条件。以EVA材料为主体进行了三段式海洋仪器试验场专用浮标设计,并对吊装环节进行了数学建模受力分析,形成了以拉、压受力过渡点位置为驱动的计算模型,获得了最大拉伸强度值,并利用薄膜压力传感器进行了过渡点位置校核;对EVA系列材料进行了强度实验,根据计算拉伸强度极值和实验结果进行了EVA材料选择和浮标体加工。在长江口海洋仪器试验场四个站点多批次吊装和现场应用表明,模型计算结果准确程度高,可以为EVA浮标体的结构设计和强度校核提供方法指导。     

大直径钢管桩水平静载试验内力变形测试及分析

为解决在钢管桩水平静载试验中更加高效、安全和准确进行桩身内力变形测试和分析的问题,文章针对打入钢管桩中的应变传感器和测斜管分别提出实用且可靠的安装、保护和测试方法;将该方法应用于西非某码头工程,在大直径钢管桩水平静载试验中进行应力和变形测试。研究结果表明,该安装和保护方法实用且可靠,可保证水平试验过程中钢管桩的内力变形情况得到如实测试和记录,对研究分析大直径钢管桩受水平荷载时桩身弯矩和水平位移的变化情况意义重大,可为类似项目的设计和施工提供参考。     

海沟影响下深水海洋管线成环行为研究

在深水海洋管线的安装过程中,制造工艺的偏差和外部环境的影响易导致管线上不均匀的扭矩分布,在张力的共同作用下,管线在其触地区可能出现“成环”现象,受到严重损伤,而海洋管线的触地区也是海沟集中形成的区域。为了研究海沟对海洋管线成环行为的影响,基于OrcaFlex软件和构建海沟模型的经验公式,建立了深水悬链线立管和海沟的三维数值模型。就海沟轮廓、位置和土壤属性对立管成环行为的影响展开参数分析,并研究了不同工况下成环的临界载荷。研究表明：海沟的产生和扩展、立管相对海沟的合理位置以及土壤参数中海床表面不排水抗剪强度和吸力因子的增加,可有效降低立管成环过程中的最大压缩力和最大弯矩,从而减少成环引起的损伤;临界载荷的分析则有助于对成环的临界条件进行预测,避免成环现象的发生。     

深海钢悬链立管触地点动力响应分析

研究深海钢悬链立管(SCR)在海洋环境载荷作用下的动力响应.利用非线性弹簧模拟立管与海床触地点的耦合模型,通过模态分析得到钢悬链立管的动力特性参数;时域动力响应分析获得不同工况下触地点及典型部位的位移、弯矩和应力时程.比较分析表明:浮体垂荡运动对触地点的应力状态影响较大,触地点附近存在钢悬链立管动力响应过程中的位移极值点和弯矩极值点.所提方法为触地点区域模拟分析提供了新思路,给出的分析结论对钢悬链立管设计有一定借鉴意义.     

几种红边位置算法在潮滩区域的适用性研究——以长江口南汇潮滩为例

植被反射率光谱的"红边位置"是判断植被健康状况的重要参数。本文以长江口南汇东滩优势种植被芦苇和海三棱藨草为研究对象,比较和分析了多项式拟合法、四点内插法、一阶导数法、拉格朗日内插法和线性外推法五种红边位置算法提取4个试验区域不同土壤湿度的芦苇和海三棱藨草植被红边位置的性能。研究结果表明多项式拟合法获取红边位置精度最高,对土壤湿度敏感性最大;四点内插法对土壤湿度敏感性较大;线性外推法得到的红边位置结果不稳定;一阶导数法和拉格朗日内插法相对于其他方法对土壤湿度敏感性最小,更适合在南汇潮滩这样高湿度土壤区域进行植被红边位置的信息提取。     

砂土中四筒导管架风机基础抗弯承载力研究

针对一种四筒导管架海上风机基础,基于有限元数值分析,通过建立砂土中不同筒径和筒高的四筒导管架基础有限元模型,研究砂土中单调弯矩荷载的作用下,筒径与筒高对导管架基础抗弯承载力的影响。分析结果表明:四筒导管架风机基础的抗弯承载力随着筒高或筒径的增加呈明显的增长趋势,相比于筒径的增加,筒高的增加对提高基础抗弯承载力更为有效;在极限弯矩荷载的作用下,基础旋转中心水平向位置受筒高的影响较大,但竖向位置受筒高和筒径的影响很小。     

深海采矿立管在波流载荷下的弯矩响应分析

采矿立管是深海采矿系统的重要组成部分，立管的弯矩分析是确保立管正常使用的重要指标。立管所处海洋环境复杂，且立管底部的自由边界条件使得立管弯矩特性难以分析。本文基于波浪理论，使用Abaqus 有限元软件建立海洋采矿立管的模型，运用Abaqus中的AQUA海洋工程模块，考虑立管在轴向力、自重、浮力、波浪载荷、海流载荷及模拟海上平台水平和升沉运动共同作用下，对采矿立管进行弯矩分析，计算了提升泵不同安装位置、不同中继仓重量变化对弯矩的影响，结果表明：提升泵会增大安装位置的弯矩幅度，且安装在不同位置对立管弯矩会产生叠加影响；中继仓重量的增加提高了立管整体稳定性，但会使提升泵处弯矩波动产生向中部延伸的不利影响。     

非线性海床土深水缓波型立管动力响应分析

缓波立管的结构形式能够有效改善立管触地区的动力响应,达到保护立管触地区的目的。基于集中质量法和考虑土体弱化的非线性海床土模型,用等效浮力的方法将缓波立管浮力段简化,并在Orca Flex中建立传统钢悬链线立管和缓波立管的集中质量模型进行分析,考虑立管结构形式、浮力段长度和浮力段起始位置的影响,得到立管静态位形、触地点张力和弯矩、立管贯入深度以及触地点海床阻力等结果进行比较。结果表明:浮力段的配置会提高立管静态弯矩分布水平,但合理的缓波立管设计能有效改善立管触地区的动力响应,抑制海底沟槽的发展,达到保护立管触地区的目的。     

碟形水下滑翔器耐压壳的结构优化

碟形水下滑翔器作为一种优点众多的新型水下滑翔器,近年来得到广泛应用。其液压浮力调节系统、姿态控制系统以及转向控制系统必须安装在耐压壳体内部,因此,对于耐压壳体的设计来说,尽量小的重量和尽量大的有效容积是其设计时的重要技术指标。为了得到最优结构,采用尺寸优化方法,以壳体厚度、两道环肋的高度作为设计变量对耐压壳进行优化设计,以期达到强度足够高、最大变形值小于容许变形值和质量最小的轻量化目标。优化后,质量较初始设计减少了30%,轻量化效果明显,并对最终选择的结构进行屈曲分析,其临界压力远大于许用压力。     

J-lay铺管作业力学分析

目前J-lay铺管法作为深水和超深水铺管的最适用方法广泛应用于深海油气开发。考虑J-lay铺管时管道几何非线性特征以及触地区边界效应,将J-lay铺管模型划分三构件进行力学分析:悬浮段、边界层段以及触地段。建立Orca Flex模型和引入Wang改进二构件模型,通过对比上述三种方法计算J-lay相应构型、轴力、弯矩和剪力分布,验证该三构件模型的可行性和考虑边界效应的必要性。基于Lamé公式计算管道横截面处轴向、径向以及环向应力,对比分析J-lay铺设管道应力分布特征。结果表明:该改进三构件模型能真实有效地模拟J-lay铺管过程中管道受力情况,特别是触地点附近弯矩和剪力变化情况,能为管道疲劳损伤分析提供理论基础。     

海上风电单桩基础土相互作用特性影响因素分析

采用有限元软件ABAQUS建立了海上风电单桩基础与土相互作用数值计算模型,将波浪、洋流及风荷载等效成双向对称循环荷载,研究了水平循环荷载作用下不同因素对桩身水平位移、剪力和弯矩的影响规律。研究表明,随着循环荷载比的增加,桩身位移零点和桩身剪力反弯点沿埋深逐渐下移,桩身弯矩最大值点位于浅层土体;不同荷载频率时桩身位移在零点以上变化较大,桩身弯矩随着频率的增加逐渐增大;单向循环荷载作用下桩身位移最大,双向对称循环荷载作用下桩身位移最小;壁厚较小时对桩身水平位移影响较大;在位移零点之上范围内可以考虑设计"上厚下薄"的钢管桩,以减小桩身水平位移;不同桩壁厚时桩身剪力曲线在埋深约6D处出现交点,且泥面处桩身弯矩变化不明显。     

线弹性土壤中埋设悬跨管道的弯曲和振动特性

利用细长梁小挠度理论,研究给出了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨段管道和埋设段管道在自重作用下的变形和内力公式。基于静挠度公式,用能量法给出了第一阶弯曲振动的固有频率公式。讨论了不同土壤刚度条件下悬跨段管道的变形和内力特征,以及第一阶弯曲振动固有频率,并和工程上推荐使用的简支梁和两端固支梁的静动态特性进行比较。研究表明在跨度大、土壤刚度大、管道弯曲刚度较小时无量纲土壤刚度系数较大,埋设段管道对悬跨段管道的刚度约束比较大,悬跨段管道可以近似按两端固支梁模型来模拟;反之,只有在土壤刚度系数较小的几个参数点上,悬跨管道的静动力特性等价于简支梁模型。     

孤岛油田南区东部曲流河沉积结构单元分析

曲流河储层是我国石油资源的重要载体,但是目前研究主要还停留在微相级别,叠置点坝的划分对比研究还稍显薄弱。研究利用“层次分析”方法,通过分析河道砂体顶面高程差、出现不连续河间砂体、过井地震剖面的波形差异、平面上的砂体厚度差异等四个方面,有效地在复合河道中划分出单一河道。通过对砂体垂向沉积层序、砂体厚度分布及废弃河道位置的分析可以识别出点坝沉积;利用“砂顶泥岩厚度法”可以快速识别地下废弃河道,确定点坝沉积的边界;根据Leeder计算河流满岸宽度经验公式及点坝长度与河流满岸宽度的相关公式可以确定点坝沉积的规模。     

海底管线铺设状态下的动力特性的有效数值方法

本文介绍质量集点数值方法在非线性、大位移及时域求解铺设状态下管线动力性性计算中的应用,尤其是其顶部和底部动边界的模拟,计算机程序可以在IBM-PC机上实现。 为检验数值计算的可靠程度,管线弯矩应力的模型试验在上海交通大学流体动力实验室完成,模型管线用PVC塑管模拟,几何比为1:25,取得了令人满意的试验结果,它证明数值计算是成功的。 本数值方法也可用作静力分析,并与有限差分数值静力计算进行比较,二者吻合较好。 管线铺设状态下的最大动弯矩力约为静态弯矩应力的1.2倍左右,这一现象应引起注意。     

中国东南沿海区域台风数值模拟与危险性分析

通过网格定点法对我国东南沿海区域性台风危险性进行了分析。利用对各网格点有影响的历史台风数据,建立了各网格点的台风关键参数的最优概率模型。利用Monte-Carlo方法产生每个网格点1000年间的虚拟台风事件。采用YanMeng(YM)风场模型模拟了100个历史台风的最大风速,通过使这些最大风速与观测的最大风速误差和最小,建立了一组新的计算最大风半径Rmax和Holland气压参数B的公式,结果表明新的台风参数计算方案效果良好。利用新的参数计算方案、YM风场模型、特定地点的台风衰减模型以及合适的极值分布模型,预测了各个网格点不同重现期的极值风速,进而绘制了台风多发区域的设计风速图。最后研究了不同B模型、Rmax模型和极值分布模型对预测的极值风速的影响。可以为结构抗风设计和台风防灾减灾提供新的参考。