基于张力腿平台的顶张紧式立管碰撞分析

基于张力腿平台(TLP)的顶张紧式立管(TTR),在平台运动、波浪及海流的联合作用下,相邻的立管可能发生碰撞并对其承载能力造成影响,有必要深入研究TTR在恶劣海况下的碰撞行为。采用有限元软件对两根生产立管进行数值模拟,设置两管碰撞前弯曲及后续动态碰撞两个分析过程来模拟TTR的碰撞行为;采用碰撞参与长度公式确定了TTR碰撞的接触区域。研究重点分析了立管碰撞前弯曲变形对碰撞结果的影响,为深水刚性立管局部碰撞行为的研究提供了方法。     

南海自由站立式立管设计与分析

自由站立式立管可作为南海油气开发的立管形式。根据设计参数建立自由站立式立管系统模型,根据南海某油田环境参数校核立管各工况下的强度结果并进行疲劳分析,探讨自由站立式立管动态强度与疲劳特性并验证是否满足规范要求。分析结果表明：该立管设计满足规范中的强度与疲劳要求,且疲劳性能较好;立管等效应力最大处为立管主体顶部应力节下端;最危险浪流方向为沿立管向平台方向;立管主体应力水平受平台运动影响较小,受顶部张紧力以及海流大小影响较大;疲劳损伤最大处位于立管主体顶部,且涡激疲劳损伤大于浪致疲劳损伤。     

顶部张紧式立管强度设计分析

顶部张紧式立管(TTR)是油气开发必不可少的立管类型。研究了南海1500m水深半潜式干树深水平台TTR的概念设计,提出新的管中管结构的等效方法。通过分析立管结构的受力控制方程,得到立管受力分析的主要影响参数,按照轴向刚度、抗弯刚度、立管湿重和液体湿重等效原则,实现立管力学性质的等效。使用Orca Flex软件非线性时域分析立管遭受的四种典型工况,分别获得张力和弯矩,依据管中管结构外管和内管的刚度在等效模型中占的比例进行分配,根据API规范确定管中管结构外管和内管的应力,得到TTR四种工况下的强度分析结果,认为在半潜平台下,TTR强度满足设计要求。     

均匀流作用下双柔性异管径立管响应特性试验研究

本文进行了不同水动力外径双柔性立管的均匀流干涉试验研究.试验中双管布置形式分别为并列形式、串列形式和交错形式,其中并列形式及交错形式双管壁面间距为3D～5D,串列形式壁面间距为3D～8D,两立管对应雷诺数分别为8500和5400.试验采用布拉格分布光纤采集立管表面应变时历信息,进一步通过模态叠加法重构立管涡激振动位移响应.同时,本文分别对两立管横流向沿管长方向的位移RMS值和振动频率,以及横截面位移轨迹和顺流向位移最大值进行了分析研究.研究结果分析表明,并列形式两管发生干涉影响的范围与管径大小有关,管径越大干涉范围越大;交错形式下,处于尾流中的立管同时受到涡激振动和尾流诱导振动的影响;而串列形式某些管间距布置形式下,处于尾流中的立管主要受尾流诱导振动的影响.     

基于顶部张紧式立管动力分析的关键参数研究

文中提出了一种适用于工作于南中国海张力腿平台(TLP)的顶张紧式立管(TTR),并利用有限元软件ABAQUS/AQUA对该立管进行了模拟分析,计算用以预测立管波浪飞溅区和立管下部区域在波浪以及平台联合作用下的影响。计算时采取时域计算方法,计算过程中考虑了几何非线性的影响。并在计算完成TTR在位动力分析的基础之上,做了一定量的参数敏感性分析,重点考察立管侧向位移,弯矩以及等效应力水平对TTR一些重要参数的敏感性。结果表明,计算顶张力TTR动力分析时,必须考虑平台侧向位移跟轴向位移的耦合作用,立管响应受其顶部TLP平台以及张力比TTF的影响较大。随着立管顶部张力比TTF的增加,立管的变形逐渐变小,但顶部张力的增加同时增加了立管内部的等效应力,立管设计时应充分考虑到这两者之间的"平衡"关系。     

BZ28-1单点系泊导管架的静力强度评估

本文针对BZ28-1单点系泊导管架的结构和载荷特点,采用StruCAD*3D结构分析程序对其进行了结构建模和静力强度计算,并采用适当的许用应力因子对不同工况下导管架的安全性进行了评估.基于结构的对称性,计算中采取了五个典型的波浪入射方向0°,45°,90°,1 35°,180°,每个方向都取最危险的工况,即其他环境载荷与波浪载荷同向.分别针对操作条件、极限风暴条件和极限冰载荷条件,对导管架的杆件和管节点进行了分析计算,给出了各杆件的名义应力比和管节点的冲剪应力比,并对桩的承载力做出了评价.本文对于导管架平台的设计以及在役状况下的安全评估具有一定的参考意义.     

串列双立管涡激振动抑制研究

实际工程中深海立管常以管群的方式出现,当立管彼此相互靠近时,会发生流场干涉效应。为研究立管间相互干涉作用及螺旋侧板抑制双立管涡激振动的效果,本文基于Ansys Workbench平台,采用双向流固耦合技术对Re=7 800均匀来流下长径比为482的串列双立管进行三维数值模拟。结果表明,立管轴间距为5D时立管间有完整的涡旋脱落,下游立管在上游立管的尾流诱导下产生振动,双立管横向振动锁定在二阶模态,且振动方向相反。附加螺旋侧板能有效削弱双立管振动频率,降低上游立管横向振动幅值,但下游立管两向位移响应变化不大。     

串列双立管涡激振动抑制研究

实际工程中深海立管常以管群的方式出现,当立管彼此相互靠近时,会发生流场干涉效应。为研究立管间相互干涉作用及螺旋侧板抑制双立管涡激振动的效果,本文基于Ansys Workbench平台,采用双向流固耦合技术对Re=7800均匀来流下长径比为482的串列双立管进行三维数值模拟。结果表明,立管轴间距为5D时立管间有完整的涡旋脱落,下游立管在上游立管的尾流诱导下产生振动,双立管横向振动锁定在二阶模态,且振动方向相反。附加螺旋侧板能有效削弱双立管振动频率,降低上游立管横向振动幅值,但下游立管两向位移响应变化不大。     

张力腿平台顶张紧式立管强度分析

顶张紧式立管（Top Tensioned Riser,简称TTR）是张力腿平台（Tension Leg Platform,简称TLP ）的关键部分之一。根据API RP 2RD 规范,探讨了TLP平台TTR的总体强度分析方法,并以中国南海某油田环境条件为基础,采用单层管等效模型模拟多层管TTR,利用Orcaflex软件对TTR总体强度进行了分析,同时探讨了采用规则波或不规则波以及内孤立波对立管应力分析结果的影响,对今后TTR的研究和设计具有一定的参考作用。     

串列双立管螺旋列板抑制涡激振动的数值模拟

在波浪和洋流的作用下,深水立管两侧会出现周期性的漩涡脱落,这一现象极易引发涡激振动,使得立管出现疲劳损伤,显著降低其服役寿命。同时,当立管间距较近时,还会产生流场干涉效应。为研究立管之间的相互干涉作用及螺旋列板对双立管涡激振动的抑制效果,本文采用大涡模拟(LES)的方法,对Re=3 900均匀来流下的串列双立管的涡激振动响应进行三维数值分析。并针对不同的立管间距(3D,5D,8D,D为立管直径)以及附加螺旋列板的情况,建模分析了立管的水动力系数,并进一步探究了螺旋列板对双立管涡激振动的抑制效果。研究结果表明:对于串列双立管情况,下游立管受到上游立管尾涡和自身漩涡脱落的影响,升力系数幅值较单立管时更大。在3种立管间距工况中,立管间距为3D时下游立管升力系数最大,8D时升阻力系数接近单立管情况。附加螺旋列板能有效抑制双立管涡激振动,双立管升力系数明显减小,从而减少了立管的振幅响应。附加螺旋列板双立管之间的相互作用与光滑双立管之间的相互作用总体趋势相似。并且由于列板的分流作用,彻底破坏了立管的脱涡方式,在立管后形成了间距很小,近乎平行的尾涡。     

Bottom slamming on heaving point absorber wave energy devices

Oscillating point absorber buoys may rise out of the water and be subjected to bottom slamming upon re-entering the water. Numerical simulations are performed to estimate the power absorption, the impact velocities and the corresponding slamming forces for various slamming constraints. Three buoy shapes are considered: a hemisphere and two conical shapes with deadrise angles of 30° and 45°, with a waterline diameter of 5 m. The simulations indicate that the risk of rising out of the water is largely dependent on the buoy draft and sea state. Although associated with power losses, emergence occurrence probabilities can be significantly reduced by adapting the control parameters. The magnitude of the slamming load is severely influenced by the buoy shape. The ratio between the peak impact load on the hemisphere and that on the 45° cone is approximately 2, whereas the power absorption is only 4–8% higher for the 45° cone. This work illustrates the need to include slamming considerations aside from power absorption criteria in the buoy shape design process and the control strategy.     

基于Femap的风帆基座局部强度分析

以上海海事大学教学实习船"育明"轮为对象,研究船舶加装风帆装置的船体结构强度问题,通过局部加强风帆基座和船体连接部分来保证风帆安装部位的结构稳定性。利用Solidworks和Femap软件建立了风帆基座和船体的有限元模型,计算得到该模型在10级风载荷下受风角度从0°~60°的应力和应变。最终结果表明,在10级风载荷下,该船风帆基座和局部加强后的船体的强度符合要求。     

复杂心滩通航河段不同角度碛首坝对航道条件的影响*

长江上游河段多为基岩和卵砾石河床,常见心滩、浅滩及边滩等复杂边界碍航河段。由于工程实际需要及航道整治要求,经常存在采砂坑、开挖航槽、修筑碛坝等改变局部河道边界的情况。以长江上游占碛子河段为例,建立向右偏转0°、5°、10°碛首导流坝数学模型,分析表明:0°碛坝引起的水位壅高流速增幅和分流比变化均较小 ,对占碛子浅滩影响较小;5°碛坝对主槽分流比和航道通航水深及流速的优化更加明显,通航效果更优;10°碛坝对主槽通航条件的改善明显,对流场改变较大,引起了明显的河势演变。为长江上游复杂通航河段航道整治工程的设计和研究提供参考。     

Resistance analysis of a semi-SWATH design concept in shallow water

Resistance analysis is an important analytical method used to evaluate the hydrodynamic performance of High Speed Craft (HSC). Analysis of multihull resistance in shallow water is essential to the performance evaluation of any type of HSC. Ships operating in shallow water experience increases in resistance because of changes in pressure distribution and wave pattern. In this paper, the shallow water performance of an HSC design concept, the semi-Small Waterplane Area Twin Hull (semi-SWATH) form, is studied. The hull is installed with fin stabilizers to reduce dynamic motion effects, and the resistance components of the hull, hull trim condition, and maximum wave amplitude around the hull are determined via calm water resistance tests in shallow water. These criteria are important in analyzing semi-SWATH resistance in shallow water and its relation to flow around hull. The fore fin angle is fixed to zero degrees, while the aft fin angle is varied to 0°, 5°, 10°, and 15°. For each configuration, investigations are conducted with depth Froude numbers (Fr _H ) ranging from 0.65 to 1.2, and the resistance tests are performed in shallow water at the towing tank of UTM. Analysis results indicate that the resistance, wave pattern, and trim of the semi-SWATH hull form are affected by the fin angle. The resistance is amplified whereas the trim and sinkage are reduced as the fin angle increases. Increases in fin angle contribute to seakeeping and stability but affect the hull resistance of HSCs.     

A medium-resolution wave hindcast study over the Central and Western Mediterranean Sea

The present study is aimed at determining the confidence limits of design wave parameters derived from numerical modeling—for both extremes and operational conditions—over the Central and Western Mediterranean Sea. The paper presents the methodology and results of an extensive validation activity conducted on a chain of medium-resolution third-generation wave models used for hindcast purposes. The stringent requirements of state-of-the-art coastal and offshore engineering applications over this area make the adoption of medium- or high-resolution hindcast wave and wind models almost mandatory because of the complex coastal geometry, bathymetry, and orography that in turn lead to large variations of the design wave parameters even within small regions. The chains of nested meteorological and wave models used in this hindcast study belong to the ETA and WaveWatch III families, respectively. In this study the wind and wave numerical models have been run over the past 20 years, with increasing resolutions of the wave models from 0.2° up to 0.04°. The results presented herein have 0.1° resolution for both wind and wave models. The wave data obtained are compared with available measurements from 14 wave buoys in coastal zones in the Central and Western Mediterranean Sea.     

自升式钻井平台动态响应研究

综合考虑风浪流等环境载荷、桩靴与土壤之间的相互作用行为及静水压力和波浪动压力所引起的浮力效应的影响,运用有限元软件模拟了自升式钻井平台的动态响应过程,获得了0°环境载荷作用下自升式钻井平台的船体位移、桩腿危险处应力、桩靴载荷的变化规律。研究结果表明:自升式钻井平台的动态响应周期约为38s,是波浪周期的2.8倍,且在环境载荷作用角度为30°时,船体位移峰值最大,而位移均值在45°时最大。     

波流耦合作用下导管架平台整体结构静力分析

本文针对三桩导管架的结构和特点,采用有限元分析软件ANSYS对其进行了结构建模和静力计算。基于结构的对称性,计算中采用了三个典型的波流入射方向：0°、45°、90°,每个方向都取最危险的工况,即波流耦合同向。针对操作条件,对导管架整体进行了静力分析计算,得到了一些对工程实践有意义的结论。     

船用螺旋桨逆向改型设计方法研究

逆向工程技术可以实现产品的快速创新,将该技术应用到船用螺旋桨改型设计中,突破了螺旋桨的传统设计模式。本研究通过对叶片数字化模型进行整体扭转变形和翘曲变形实现了桨叶的改型,并结合CFD计算发现这种改型方法对提高螺旋桨的推进效率具有重要的作用。结果显示：扭转变形5°,10°,15°,其效率分别提高了4.3%,6.75%,9.42%。再扭转15°的条件下分别对叶梢翘曲±10 mm,发现翘曲-10 mm时推进效率略有降低,而翘曲+10 mm后推进效率有显著提高。