一种新的碰撞耗散能快速估算方法及其在船—平台碰撞事故中的应用研究（英文）

海洋平台在作业过程中存在遭受船舶碰撞的潜在危险,一旦事故发生将可能导致结构严重损伤从而影响平台的作业安全,因此在平台结构设计阶段需要考虑其抗撞性能。文章以海洋供应船撞击半潜式钻井平台为研究对象,基于碰撞外部动力学理论和DNV规范计算方法,计及平台艏摇运动响应的影响,提出了一种新的耗散能估算方法-DNV`R解析法。以非线性有限元船-平台碰撞数值仿真结果为参考,将该解析法与规范法、Zhang解析法及Liu解析法计算结果进行对比,研究得出:文中所提出的DNV`R解析法弥补了规范法较为保守且仅适用于对心碰撞场景的不足,计算过程简单、便捷,且计算精度与Zhang解析法和Liu解析法基本接近,能够满足船-平台碰撞耗散能快速估算的精度要求。     

基于解析法的船-平台碰撞耗散能快速估算方法

海洋平台在作业过程中存在遭受船舶碰撞的潜在危险,一旦事故发生将可能导致结构产生严重损伤从而影响平台的作业安全,因此在平台结构设计阶段考虑其抗撞性能具有重要意义.本文以供应船撞击半潜平台为研究对象,基于碰撞外部动力学分析理论,在浮式平台规范法耗散能计算基础上,运用解析法推导出考虑平台艏摇运动响应的船舶非对心撞击平台耗散能求解方程,同时借鉴船-船碰撞耗散能估算方法,得到一般碰撞场景即考虑船-平台在碰撞过程中相对运动的耗散能解析式,并自编计算耗散能程序,实现船-平台碰撞碰撞耗散能的快速估算.最后通过非线性有限元分析(NLFEA)方法,计算出供应船与平台在碰撞过程产生的应变能并与解析法的算例结果进行对比,结果表明:规范法耗散能估算方法较为保守,不适用于一般碰撞场景下的耗散能估算;本文所提出的耗散能解析法可用于准确可靠地估算相类似船-平台碰撞场景下撞击船的耗散能.     

油轮艏部结构碰撞特性研究

在船舶碰撞中,船艏是主要作用方.船艏结构的碰撞特性是影响船-船碰撞过程中被撞船舷侧结构损伤程度的决定因素.为减少碰撞事故损失,应从碰撞的观点对船艏结构的特性进行研究,提出一种研究船艏的碰撞特性的方法及表征船艏碰撞特性的特征量,据以改进船艏设计.根据船艏结构本身的碰撞破损过程,对船艏结构碰撞力与破损深度的关系、艏部构件在碰撞过程中的损伤形态和能量耗散进行了研究,指出碰撞力曲线是船艏结构的一种固有特性.提出了碰撞力面积密度曲线的概念,它可以用于定量表达船艏结构对其它结构的破坏能力.利用有限元数值模拟方法计算了一艘4万吨船艏的碰撞损坏实例,显示了上述碰撞特征并讨论了提高碰撞数值模拟计算精度的方法.     

半潜式支持平台靠泊海洋生产平台碰撞概率建模

为有效解决深水半潜式支持平台靠泊海洋生产平台过程中存在的碰撞问题,从碰撞事故发生原因入手,借鉴挪威船级社(Det Norske Veritas,DNV)DNV-RP-107规范中的船与海洋平台碰撞概率模型和美国公路与运输协会(American Association of State Highway and Transportation Officials,AASHTO)《美国公路桥梁防船撞设计指南》中的船桥碰撞概率模型,将支持平台发生向前的过分偏移引起的碰撞场景分为漂移碰撞和动力碰撞2种,建立事件树,得到支持平台靠泊海洋生产平台碰撞概率模型。在此基础上,估算支持平台靠泊碰撞海洋生产平台的概率,由此评估碰撞风险,为半潜式支持平台靠泊碰撞海洋生产平台场景下的相关规范制定提供参考。     

船舶结构碰撞试验及简化数值计算方法

[目的]采用流固耦合计算方法虽能较好地模拟船舶碰撞过程,但计算时间较长,为此,提出一种简化的数值计算方法。[方法]以某船的局部舱段为对象,开展多工况水上碰撞试验。采用力传感器和基于高速摄影技术非接触测量的方法获得到碰撞力及碰撞船的运动时程数据,通过对碰撞接触力和加速度响应等数据进行分析,并针对试验过程开展任意拉格朗日-欧拉（ALE）流固耦合数值计算分析,提出将碰撞过程中水域对撞击船的影响简化为等效质量,将对被撞船的影响简化为等效阻力,以面力的形式作用于被撞船非撞击侧用以阻碍被撞船运动的简化方法,然后基于此简化方法开展不涉及水域与结构耦合过程的数值计算。[结果]结果显示,采用简化计算方法得到的各工况的碰撞力峰值与试验值间的误差均在5%以内,且该方法所需要的计算时长远小于ALE流固耦合算法。[结论]所提简化数值计算方法可为实现船舶结构碰撞响应的高效计算提供一定的参考。     

LNG船与高桩码头碰撞的力学特性

基于有限元方法研究LNG船与高桩码头碰撞过程的受力特性,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立LNG船和高桩码头的结构模型,数值仿真了不同撞击速度、撞击角度时LNG船与高桩码头的有效应力与撞击力,分析撞击过程结构的受力特性.针对撞击力,对比分析不同规范计算结果与软件计算结果,结果表明,《AASHTO桥梁船舶撞击设计指南》计算结果与软件计算结果吻合较好,实际中可采用该规范初步估算LNG船与高桩码头的撞击力.     

基于粘聚单元的层冰-海洋平台碰撞数值模拟

为研究海洋平台的抗冰性能,利用粘聚单元模型,构建层冰与半潜式海洋平台碰撞的有限元模型进行数值模拟,研究碰撞过程的冰力、结构吸能变化。随后进行粘聚单元参数敏感性分析,研究粘聚单元断裂能量释放率与牵引力-位移准则（TSL）曲线形式的变化对冰力的影响。结果显示,采用粘聚单元法模拟计算得到的冰力值与经验公式计算得到的冰力值偏差仅为2.2%,较为吻合,验证了粘聚单元法模拟层冰与海洋结构物碰撞过程的准确性;立柱外板是碰撞过程中平台的主要耗能构件,吸能占比82.67%;冰力值随着断裂能量释放率的增大而增大,但不同形式的TSL曲线对冰力值的影响十分有限。     

钻井平台拖带穿越习惯航路碰撞危险分析

随着人类对油气资源开发利用的深化,油气勘探开发从陆地转入海洋,钻井平台拖带作业的安全性引发越来越多的人关注,文中将国际航标组织（IALA）提出的IWRAP（IALA Waterway Risk Assessment Program）模型进行了改进,增加了航道宽度系数,选取5个代表船型,定量计算了钻井平台拖带穿越老铁山至秦皇岛方向习惯航路的碰撞概率,从而探究钻井平台拖带穿越习惯航路的碰撞危险与碰撞角度和他船航速的关系,为公司制定拖带方案以及海事主管部门制定相关规定提供理论依据。     

碰撞损伤的简化计算公式及其应用

以刚塑性理论为基础，推导了一种分析船舶碰撞损伤特性的简化公式，用来估算碰撞损伤，利用这个公式，对核动力散货舱的安全性进行了估算，当散货船遭受满载大型球鼻首集装箱船撞击时，被撞船将被卡在球鼻首与船头之间，此时因摩擦力而吸收的能量不能被忽略，针对这种状态，提出了同步进行内部碰撞力学和外部碰撞力学分析的简化计算方法。     

船舶与导管架平台碰撞的动力响应研究

以ANSYS/LS-DYNA为软件平台,提出一种处理船舶与海洋平台碰撞的有限元建模分析方法,优于传统的分步多次计算方法,通过数值实验证明有相当的精度,能够满足研究需要.探讨碰撞中的应变率问题,并计算船舶以2 m/s碰撞导管架平台的动力响应.     

半潜式平台遭遇碰撞的结构响应分析

半潜式平台由于工作水深大,与其他类型的海洋平台相比,其在工作状态下遭遇船舶碰撞的风险最高,事故后果也最为严重。基于非线性动力学分析方法,以某半潜式平台为例,在考虑破损稳性的基础上,对其遭遇船舶碰撞的结构损伤和动力响应进行分析,并进一步针对主要撞击参数的影响进行了研究,为考虑碰撞载荷的半潜式平台结构设计提供参考。     

海洋导管架平台K型节点碰撞性能研究

管节点是海洋平台设计研究中的一个重要内容。本文以海洋平台中最常见的K型节点为研究对象,用MSC/Dytran数值模拟了K型节点在撞击荷载作用下的损伤特性,对平台设计中常见的管节点加强措施与未加强措施的管节点进行了比较研究,研究表明采用加强筋措施效果较好。     

Collision analysis of the spar upper module docking

In order to assess the possible collision effect, a numerical simulation for the upper module and spar platlbrm docking at the speed of 0.2 m/s was conducted by using the software ANSYS/LS-DYNA, and the time history of the collision force, energy absorption and structural defonamtion during the collision was described. The purpose was to ensure that the platlbrm was safely put into operation. Furthermore, this paper analyzes different initial velocities and angles on the Von Mises stress and collision resultant force during the docking collision. The results of this paper showed that the docking could be conducted with higher security. The data in this paper can provide useful references for the determination of the upper module＇s offshore hoisting scheme and practical construction by contrasting the numerical simulation results of the parameters on the docking collision.     

自升式平台桩腿海上对接过程中的碰撞问题

碰撞现象在海上作业中时有发生,给人员和财产安全带来极大威胁。本文基于非线性有限元理论,研究自升式平台桩腿吊装过程中浮吊船与平台的碰撞问题以及桩腿移动就位时对平台上层建筑的碰撞问题；分析撞击过程中平台的变形与应力变化及结构失效等情况,给出使平台不同区域发生破坏的临界碰撞速度；给出了浮吊船在就位过程中的安装制动距离以及移动过程中与上层建筑间的安全距离和移动速度限制,为桩腿海上吊装作业方案设计提供参考。     

船舶碰撞机理与耐撞性结构设计研究综述

研究船舶碰撞和触底事故的机理,以及如何提高船舶结构耐撞性是船舶碰撞研究领域的热点.文章介绍了解析法、数值仿真技术和风险分析法的发展与应用特点,阐述了近些年来船舶碰撞、船舶触底、缓冲船首设计、船桥碰撞和船舶与海洋平台碰撞等领域的研究成果,列举了一些降低船舶碰撞和触底事故风险的新型结构设计,并对今后的研究方向提出了若干建议.     

SPAR平台上部模块就位安装过程的碰撞响应分析(英文)

In order to assess the possible collision effect, a numerical simulation for the upper module and spar platform docking at the speed of 0.2 m/s was conducted by using the software ANSYS/LS-DYNA, and the time history of the collision force, energy absorption and structural deformation during the collision was described. The purpose was to ensure that the platform was safely put into operation. Furthermore, this paper analyzes different initial velocities and angles on the Von Mises stress and collision resultant force during the docking collision. The results of this paper showed that the docking could be conducted with higher security. The data in this paper can provide useful references for the determination of the upper module's offshore hoisting scheme and practical construction by contrasting the numerical simulation results of the parameters on the docking collision.     

海洋平台基座吊机3D区域限制防碰撞系统设计与应用

为进一步保障海洋平台基座吊机的作业安全,文章通过3D区域限制防碰撞技术实现了吊机防碰撞系统的方案设计,并成功应用于渤海油田.经现场应用验证,该系统能够有效提高海洋平台基座吊机的操作安全性,降低因操作人员误判操作带来的风险.     

基于整船整桥模型的船桥碰撞数值仿真

桥梁在船舶碰撞时受到的动力载荷和响应是复杂的动力非线性问题。近代非线性有限元技术为该问题的求解提供了有效的工具。本文简述了该技术的基本原理，并基于整船整桥模型，对一艘4万吨实船与桥梁的碰撞过程进行了计算。仿真结果显示了船艏结构损坏、碰撞力演变、能量传递和桥墩内部应力变化的详细情景，讨论了船—桥碰撞的力学特征。本文演示的方法比传统的经验公式和简化解析法提供了更为精确的结果。所提供的桥墩应力状态对桥梁的设计与碰撞后的损伤评估有重要参数价值。     

船舶碰撞后运动趋势的模拟计算

本文首先应用明诺斯基(Minorsky)一维碰撞理论,扩展为多自由度模型,描述船舶在碰撞瞬间的能量和运动的转化。以确定两船碰撞后运动的初始条件。船舶碰撞结束之后,开始进入惯性运动阶段,再以日本MMG小组提出的船舶操纵性数学模型为基础,根据基本物理定理,建立两船在互为约束条件下的运动数学模型,计算碰撞后两船的运动过程。最后,在可能出现的各种碰撞格局下进行模拟试验,确定比较符合实际的碰撞前的初始运动状态,为事故分析提供依据。研究表明,用此种模拟计算方法,能较好地计算出船舶碰撞后的运动过程,是一种分析碰撞事故的有效方法。