基于有限元分析的自升式平台桁架腿选型优化设计

桁架腿作为自升式平台最为常见的桩腿结构型式,其拓扑型式、结构形状和构件尺寸设计对平台结构响应有重要影响.针对这一问题,笔者将有限元分析和数值优化方法有机结合,建立了复杂环境下桁架腿结构的多约束条件的优化模型,应用ANSYS优化模块进行求解.优化过程中,针对两层设计变量耦合困难的问题,分层优化方法.为验证优化模型和方法的可靠性,对某自升式平台桁架腿进行了选型优化设计.优化结果表明,本文采用的优化模型和方法简单实用,优化效果显著,为自升式平台桁架腿的概念设计提供了一种有效工具.     

深水自升式平台桩腿极限承载力研究

针对K型、X型、逆K型3种主流桁架腿结构型式,采用基于Pushover原理的桁架桩腿自升式平台倒塌分析方法,对不同桩腿结构型式的深水自升式平台进行极限承载力分析,确定不同型式桩腿的强度储备与倒塌失效模式。     

基于ANSYS的自升式海洋平台桩腿风暴自存工况动态响应研究

桩腿是支撑海洋钻井平台的关键构件之一,它的设计优劣直接关系到整个钻井平台的使用寿命。本课题主要对桁架式桩腿进行强度分析,在已经具有JU200自升式钻井平台的相关技术参数下,查阅相关资料,并基于Airy波和Stokes波理论确定了在风暴自存下的自升式海洋平台桩腿的风浪载荷的耦合载荷。根据桩腿的工况进行环境载荷的计算,确定和简化有限元模型的不同的边界条件,使用了ANSYS有限元分析软件及其参数化设计语言APDL对桩腿进行仿真。探讨研究自升式海洋平台桩腿工作环境载荷模拟的有效性与适用性以及自升式海洋平台桩腿结构响应模型的有效性,这对于安全评估、设计桁架式桩腿提供了一个有效的方法和工具。     

自升式平台板壳式桩腿设计

桩腿是自升式平台的关键部件,其设计强度不仅决定着平台的作业能力和相应环境条件的选取,而且是平台升降系统选型及其主要性能参数确定的重要依据。结合近年来海上风能开发的热点,以目前市场上主流的自升式风电安装平台为研究对象,结合其作业和功能特点,综合平台载荷工况的特征和强度要求,对桩腿截面型式的选取、内部环筋加强结构和桩腿桩靴连接区域结构的设计及插销孔的强度分析等关键技术进行深入研究。得到适用于柱型桩腿设计和强度分析的工程化方法,为此类结构设计提供参考。     

自升式平台板壳式桩腿设计与建造研究

桩腿是自升式平台的关键部件，其设计强度决定了平台的作业能力及相应环境条件的选取，同时也是平台升降系统选型及其主要性能参数确定的重要依据。本文结合近年来海上风能开发热点，以目前市场上主流的自升式风电安装平台为研究对象，结合其作业及功能特点，综合平台载荷工况特征及强度要求，针对桩腿截面型式的选取，内部环筋加强结构、桩腿桩靴连接区域结构设计及插销孔的强度分析等关键技术进行深入研究。并从建造流程、精度控制及焊接工艺出发，探讨了板壳式桩腿建造工艺，获得了适用于柱型桩腿设计方法及强度分析工程化方法，为此类结构设计提供重要参考，具有实际工程应用价值。     

近海自升式钻井平台设计方案研究

在调研的基础上,给出中国沿海及近海区域的环境条件和作业需求。研究自升式平台的主要尺度要素,提出由1个三角式船体和3个三角桁架桩腿、桩靴以及悬臂梁组成的平台结构。对平台的双层底、机械甲板、主甲板和钻台、生活区甲板以及直升机甲板等进行了优化布置,给出了自升式平台总体布置设计优选方案。按照国家或行业现有法律法规及标准规范的相关要求,设计了悬臂梁与钻井系统、固桩与升降系统、吊机与甲板机械系统、动力与消防救生系统等,并给出了该平台的可变载荷、钻井载荷和最大提升能力等。该平台的设计方案研究为后续设计奠定基础,为我国近海自升式平台的研发提供了船型储备和相关技术积累。     

考虑船体与桩腿间隙的自升式平台桩腿疲劳寿命评估

以作业水深为76.2m的自升式平台为例,研究桁架式老龄自升式平台桩腿疲劳寿命的评估方法.考虑桩腿和船体之间间隙非线性接触建立整体有限元模型,针对桁架式桩腿弦杆截面为非圆柱截面的特点,提出了其水动力计算和结构应力计算的有效方法.采用有限元方法计算各疲劳子工况下的动力响应,确定应力传递函数及相应的应力谱,预报平台桩腿的疲劳寿命.     

300ft自升式平台极限工况强度评估

为了评估自升式平台极限工 况下的强度问题,采用有限元分析方法,基于ABS自升式平台结构规范,考虑平台工作载荷、风浪流等环境载荷、P-△效应等,应用谱分析方法确定设计波、设计载荷及设计工况,对平台的桩腿及主体结构进行了强度评估.通过对300 ft自升式平台的有限元分析计算表明:平台整体均满足屈服强度要求,高应力发生在桩腿与平台主体连接处;平台满足整体屈曲稳定性要求,独立构件的局部屈曲发生在桩腿与平台主体连接处.由此,连接部位是平台设计、强度评估需重点关注的.     

拖航工况自升式平台桩腿结构强度计算分析

利用SACS软件对自升式平台桁架形式的桩腿在拖航工况下的结构强度进行有限元分析计算,根据AISC规范校核桩腿强度,分别对桩腿结构中的弦杆间距离、弦杆截面形状、横撑和斜撑的变化对桩腿结构强度的影响进行分析.     

自升式平台“踩脚印”试验系统研制

针对自升式平台踩脚印会使平台发生倾斜,造成严重事故的问题,设计并建立一套自升式平台踩脚印试验系统,在典型工况下,进行三桩腿全平台模型踩脚印试验,测量平台三条桩腿上的弯矩以及平台倾斜角度,发现在桩靴刚入泥的阶段,桩腿上的弯矩、水平力以及平台倾斜角均快速增长,平台朝脚印中心转动,有向脚印中心滑动的趋势。     

A study of jack-up leg drag coefficients

The accurate prediction of drag coefficients for truss-type jack-up legs is an important part of a unit's design. Over the past 14 years, a series of windtunnel tests have been conducted on both square and triangular cross-section leg configurations. A calculation method which closely fits the model test data has also been adopted. A previous paper described the early testing and the MMEC calculation method for square legs. Since then, testing and research have continued on both square and triangular leg designs. This paper describes the more recent testing performed on square legs, and it details the testing and the MMEC method for triangular legs. In addition, the effects of cornerpost design and surface roughness are discussed. Several example calculations are provided in Appendices.     

A study on TLP hull sizing by utilizing optimization algorithm

This paper reports a study on hull sizing for tension leg platforms (TLPs) using an optimization model. At the conceptual or basic design stage of an offshore platform project, hull sizing is one of the most important tasks, having a great impact on later stages of the project. Hull sizing is usually done by an engineering team combining several disciplines and taking account of factors including hydrodynamics, global performance, stability, and structure. This makes it difficult and time-consuming to optimize the hull dimensions. In this study, hull sizing was modeled as an optimization problem in which a range of design criteria had to be satisfied and an objective function minimized. Sizing was then performed using optimization algorithms. For each module, the result calculated by our method was compared with that produced by commercial software (DNV Sesam). Our system was tested for conventional TLP design in three specific metocean environments. Finally, our optimized hull shape was compared with an existing TLP, and the difference in hull shape demanded by each environment was analyzed.     

舰船刚性阻振质量基座振动特性优化设计

基于结构动力学优化设计理论,研究了舰船刚性阻振质量基座结构形式的设计方法。在满足基座舱段总重量限制的约束条件下,分别建立了刚性阻振质量布置及截面尺寸优化设计模型,并进行了以基座舱段耐压壳体振动加速度为目标函数的动力学优化设计。通过优化分析,得到了在给定约束条件下减振效果最佳的刚性阻振质量截面尺寸和布置。研究结果表明,刚性阻振质量基座中阻振质量高度越大,基座舱段耐压壳体平均振动加速度级就越小。通过优化设计可以找到满足要求的结构,分析得到目标函数随设计变量的变化趋势,并对此优化方法的有效性进行验证。     

船舶主尺度微分进化分析

在探讨微分进化算法机理的基础上，比较微分进化算法与其它的算法，讨论微分进化算法参数的选择。将微分进化算法扩展到可求解混合变量、有约束的船舶主尺度优化问题。扩展后的微分进化算法应用于载重量23800t无限航区散货船的主尺度优选。结果表明微分进化算法是一种高效、实用的工程优化方法。     

基于神经网络和粒子群算法的环肋圆柱壳优化设计

对于潜艇外壳等外压容器来说,满足稳定性要求至关重要。本文利用Matlab编写改进粒子群算法优化程序,利用 Ansys的 Apdl语言完成了环肋圆柱壳的参数化建模,以圆柱壳厚度、肋骨尺寸和肋距作为离散设计变量,以稳定性要求作为约束条件,构造了合适的惩罚函数,以质量最轻作为设计目标,实现了基于 BP神经网络和粒子群算法的环肋圆柱壳优化设计。在优化过程中,首先采用拉丁超立方体抽样完成了样本点的选取,然后对样本点进行有限元分析,根据有限元分析结果构建 BP神经网络代理模型,并探讨了样本点数量对代理模型预测精度的影响,最后采用改进粒子群算法对代理模型进行优化。优化结果表明,对于需要考虑离散变量和复杂非线性约束的结构优化问题,采用 BP神经网络和粒子群算法联合优化的方法能够节省大量计算时间,并达到理想的优化效果。     

基于Delphi的Free!ship二次开发初探

Free!ship软件以其功能强大、界面友好以及免费使用等优势得到广泛应用。对船舶初步设计的工作而言,希望在完成线型设计前,该软件也能对主尺度进行确定,而Free!ship现有功能还不能满足这一要求。为此利用Free!ship提供的二次开发环境,在Free!ship2.6版本原有功能的基础上,对软件进行二次开发。以主尺度优化模块及用Delphi编程确定添加灵便型油轮主尺度为例,提出了开发的方法及步骤,为进一步的研究和开发该软件提供了基础。     

多学科设计优化技术在船舶初步设计中的应用

首先阐述了船舶的设计过程,指出传统的船舶初步设计是一种串行的设计模式,即是先确定主尺度,然后根据主尺度确定船型.这种设计模式通常只能得到一个满足各指标要求的可行解,而得不到全局最优解.将多学科设计优化技术(MDO)应用到初步设计阶段,将主尺度的确定与船型变换并行考虑,使主尺度的确定充分利用后期船型变换的信息,可实现全局最优的设计.最后,本文以油船的优化为例进行了验证.     

洋流作用下悬浮隧道动力学行为试验研究

本研究根据相似准则和试验条件设计试验模型。在试验模拟的1节悬浮隧道管段上分别布置2组和3组锚索支撑，测试在不同流速条件下，悬浮隧道管体结构的环向应变、轴向应变及张力腿锚索的轴力。根据试验结果，初步分析悬浮隧道应力的空间分布特征和张力腿的轴力情况；给出在相同环境条件下，张力腿锚索数量对结构应力的影响、洋流速度对悬浮隧道管段结构变形和张力腿轴力的影响关系等。     

船舶主尺度方案的博弈优选

优化选择的船舶主尺度方案需要具有较好的经济性、技术性能,而博弈论是研究解决、优化决策选择的科学,根据船舶主尺度方案优选问题与经济学中博弈问题之间的相似性,从博弈的观点确定了船舶设计中的博弈方及其对应的策略空间,即各设计目标视为博弈问题博弈方;设计变量集合视为所有博弈方的战略集组合,从而提出了船舶主尺度方案优选设计问题的博弈方法。通过实例应用表明,合作博弈论方法能更好地综合反映设计目标的要求,优选结果更加合理。     

桩腿下放对于500英尺Liftboat平台 稳性影响研究

以某型500英尺Liftboat平台为研究对象，针对平台在航行过程中的稳性问题，应用NAPA计算软件对平台在不同桩腿位置的稳性进行分析，重点研究桩腿下放对于倾覆力距、完整稳性和破舱稳性AVCG结果的影响，寻求桩腿下放对于平台稳性影响的规律，研究成果可为类似平台稳性分析提供参考，为平台自航安全提供技术支持。