新型干树半潜平台系泊系统的时域耦合分析

我国海洋油气开发正逐步从近海浅水区域不断往远海深水区域发展。随着水深的增加,传统的以锚链为材料,以自重为回复力的悬链线式系泊系统已经不再适用。世界上超深水浮式生产平台基本上都采用张紧式系泊系统,并且中间段采用超轻的聚酯缆材料以降低其施加在平台上的荷载。基于1500米超深水的中国南海环境,开发了一种运动性能良好的新型干树半潜平台。新型平台的系泊系统采用张紧式锚链-聚酯缆-锚链形式。根据平台尺度和环境条件,对系泊系统进行了布置和设计。通过时域耦合方法对系泊系统进行了数值分析,分析结果表明系泊系统强度满足规范和设计要求。     

半潜式生产平台多点系泊选型设计

采用悬链线系泊模式为一座深水半潜式生产平台进行多点系泊选型设计。通过敏感性分析,理顺各类因素对于整体系泊设计方案的影响规律,从而实现参数的合理选取,使得系泊方案的各项技术指标均满足规范要求,最终总结得出一套针对深水浮体多点悬链线系泊系统的设计流程。     

海洋深水定位系泊系统集成控制及人机界面设计

深入研究海洋平台和大型工程船舶深水定位系泊系统集成及控制技术,尽快实现工程化应用是海洋工程领域的一个关键课题。文章对海洋深水定位系泊系统集成控制及人机界面设计进行分析和论述。     

深水半潜式平台系泊系统设计研究

随着海洋平台逐步向更深水域的发展,系泊系统设计成了深海平台开发的关键问题之一.该文主要采用时域计算方法对系泊系统进行动力响应分析,给出了深水半潜式平台系泊系统的基本设计方法,并对2 000m水深的半潜式平台系泊缆索进行了8根与12根锚链线的系泊方案的对比分析,结果表明系泊方式不同,锚泊线的张力,系统的运动响应都受到了一定程度的影响.     

冰区核电平台系泊设计及影响研究

本文根据冰区浮式核电平台的主要功能及外部环境条件,确定平台的基本形式,并在此基础上进行了系泊系统的优化设计.与以往研究不同的是,考虑到冰区海洋的特殊性,除计算风、浪、流作用情况外,还运用Sdem软件构造了海冰离散单元模型,对海冰与海洋系泊结构物的相互作用过程进行了数值模拟.在此基础上,结合系泊分析软件ANSYS-AQWA的二次开发功能,对平台运动及其系泊系统进行了时域耦合分析,研究了平台在不同环境载荷作用下的运动响应;进行了系泊参数研究,分析一般规律,最终提出了一种满足规范要求且性能优良的系泊方案.研究结果表明:本文提出的冰区核电平台系泊系统可抵抗恶劣的环境影响;通过合理选择系泊缆数量、夹角、预张力大小及顶端倾角等系泊参数,可减小平台运动响应.     

深水作业浮标系泊系统研究与设计

以工作在我国南海海域、工作水深为500 m的深水浮标为研究对象,采用理论分析和数值计算的研究方法 ,对其系泊系统进行了研究设计,在满足相关要求的前提下对浮标外形进行总体设计,并对浮标的水动力系数及波浪载荷展开研究,根据浮标的水动力性能,利用锚泊分析软件对浮标作业状态进行数值模拟分析,最后根据API规范对系泊链进行强度校核,经过优化设计研究出一套稳定可靠的系泊系统。     

深水半张紧系泊系统设计研究

对比分析作业水深、锚基础垂向负载能力与平台许用水平偏移量等因素对深水半张紧型系泊缆结构设计的影响。以1座深水FDPSO平台为例,分别采用悬链线与半张紧型模式对其进行系泊设计,并采用准静力法对系统整体的动力响应进行分析。结果表明:与传统的悬链线系泊系统相比,半张紧型系泊系统可有效降低系泊水平辐射距离,并节约可变载荷,减少整体用钢量,但会增加系泊回复刚度中的非线性效应,可能导致缆绳张力的突然增大,设计阶段应予以重视。     

深水半潜式钻井平台的设计和建造研究

半潜式钻井平台具有极强的抗风浪能力、优良的运动性能、巨大的甲板面积与装载容量和更高的作业效率等特点,在深水能源开采中具有其他形式平台无法比拟的优势。以上海外高桥造船有限公司建造的深水半潜式钻井平台“海洋石油981”为例,对在建造过程中主要应用的有限元数值计算、超高强度钢焊接、平台码头系泊抗台风、减震降噪、重量控制等工作进行了总结,为今后工作积累经验。     

风浪流作用下半潜平台水动力及其锚泊系统响应分析

针对某半潜平台主体和锚泊系统建立整体水动力模型,基于势流理论,在频域内计算平台在不同浪向下规则波中的水动力及其运动响应;在时域中计算张紧式系泊系统在风、浪、流联合作用下的非线性耦合运动响应,与悬链线系泊系统进行对比分析,结果表明,该半潜平台在高频范围内运动性能良好;深水环境中采用张紧式系泊要比悬链线系泊有优势。     

基于BP神经网络的深水自升式海洋平台半主动控制方法研究

传统的主动控制算法依赖于精确的结构模型,为了克服这一缺点,文中结合线性反馈控制方法和BP神经网络,提出一种适用于深水自升式海洋平台的半主动控制方法.以一深水自升式海洋平台为例,对其在极端海况下结构振动响应的控制效果进行了数值仿真,分析了不同环境载荷参数和平台参数情况下该方法的鲁棒性能.仿真结果表明:BP神经网络半主动控制方法能够有效的控制自升式平台振动响应,同时具有很好的鲁棒性能.     

船舶轻量化T型连接结构设计及强度试验

文章从船舶轻量化的角度出发,提出了一种由复合材料夹芯板和增强泡沫胶接而成的新型T型连接结构,解决了船舶复合材料上层建筑内部壁板之间的连接问题。基于复合材料结构的设计原理和力学特性,设计了T型连接结构的拉伸试验和压缩试验,研究其在不同载况下的极限承载和损伤模式,证明T型连接损伤模式复杂,抗拉能力弱,尤其面板与腹板连接区的胶层是承载薄弱环节;依据试验结果验证数值计算方法,并规划3条技术路径以研究T型连接的抗拉特性,应用数值方法提取对应技术路径的应力和位移特征量,分析T型连接面板与腹板连接区的胶层几何参数对抗拉强度和重量的响应规律,获得连接区胶层几何夹角的建议取值为45°~60°,为复合材料船舶轻量化胶接结构的优化设计和实际应用提供了有益参考。     

生长进化拓扑优化算法在油船中剖面结构优化上的运用

单元进化生长拓扑优化算法较之其他拓扑优化算法有其独特之处,文章通过引入单元生长进化算法对VLCC中剖面横撑结构进行优化设计。结合单元应力指标函数及单元权重系数确定优化模型的目标函数,通过计算单元应力确定单元权重系数的迭代递推关系式,结合有限元平衡方程建立优化数学模型,通过解析计算知优化模型目标函数的取值主要取决于体积函数值,依此建立完整的单元生长进化优化流程。通过与ANSYS连续体拓扑优化计算的比较可知单元生长进化算法更加简单高效,对VLCC轻量化设计具有一定的理论参考价值。     

Fracture mechanics analysis for mooring chain links subjected to out-of-plane bending (OPB)

A fracture mechanics (FM) based investigation on the mechanism of out-of-plane bending (OPB) between mooring chain links and its effects on fatigue lives of mooring chain links are conducted. Four types of OPB problems that mooring chain links laying on the chain wheel, chain links passing over the bending shoe, chain links constraint provided by the chain hawse, and chain links constraint provided by the chain stopper are considered. Tension ranges of mooring lines are calculated based on the combined loading process induced by the motions of wave frequency (WF) and low frequency (LF). Initial cracks are assumed to propagate from surfaces of chain links and stress intensity factors are calculated in terms of stress ranges determined by a finite element (FE) analysis. The results show that fatigue lives of mooring chain links are decreased significantly due to OPB effects. In addition, the increase of the number of pockets of chain wheel mitigates OPB effects on fatigue lives of mooring chain links laying on the chain wheel, and the increase of the track diameter would reduce OPB effects on fatigue lives of mooring chain links passing over the bending shoe as well. However, for chain links constraint provided by the chain hawse, the diameter of mooring chain hawse has no significant effect on fatigue lives of the mooring chain links subject to OPB if without the abrupt change of the contact conditions between chain links and chain hawse. For mooring links constraint provided by chain stoppers considering the effect of proof loading test, fatigue lives of mooring chain links would drop significantly with the increase of interlink angles and friction coefficient.     

基于拖曳锚轨迹方程的拖曳锚系泊优化分析

拖曳锚系泊作为目前海洋工程使用最为广泛的系泊方式，因其较低的制造和安装成本使其成为小型浮式平台系泊方式的首选。目前拖曳式系泊设计大多根据以往工程经验进行选择设计，由于经验设计中并没过多的泥面表面及以下锚链安装信息，因此在设计之初很难对系泊材料用量准确计算。不同重量的拖曳锚在同样的嵌深和同样的锚倾角条件下，所能提供的系泊力大不相同。同时，不同重量的拖曳锚的在相同土壤条件下拖曳嵌入轨迹不同，因而最大埋深不同。上述两方面原因导致不同重量的拖曳锚提供的系泊力不一样。因此，需要达到同样的系泊效果，泥线以下反悬链线和卧底链的长度在不同重量锚的系泊系统中是不同的。参照系泊成本各个分项在其生命周期各阶段的占比，材料制造成本与安装成本占据系泊成本的大部分，且安装成本往往正比于材料成本。因此降低系泊锚链的材料成本对整个系泊系统的成本降低起到了巨大的优化作用。通过结合拖曳锚的极限平衡法拖曳轨迹理论方程，以不同重量的拖曳锚在粘性土壤中的不同拖曳距离下提供额定系泊力时所需要的材料重量为系泊成本评价依据，从而得到浮式结构物系泊系统的一种设计优化方法。     

Design of central symmetric lattice structure for ocean engineering based on fluid-solid-interaction

Some structures that constitute underwater vehicles and other ocean engineering structures, such as the shell of underwater vehicles, shafting of power systems, compressor impellers and propeller hubs, all have central symmetric or rotationally symmetric cross sections. In this paper, a kind of central symmetric lattice is designed. The lightweight design of the above structure with this lattice can significantly reduce the weight of the structure on the premise of reducing the static response of the structure. Combined with the ANSYS Parameter Design Language (APDL), the homogenization method is used to analyze the static response of the rotationally symmetric lattice structure and the parallel pattern lattice structure under pressure. The fluid load (pressure) of impeller is calculated by CFX. The results show that the structural stress of the central symmetric lattice structures with the same volume fraction is smaller than that of parallel pattern lattice under the same load when the rotationally symmetric structures have the same form. The application of the homogenization method proves that the above conclusions also improve the efficiency of the static response calculation of the central symmetric lattice structure. The design and research methods in this paper provide technical support for the realization of lightweight design of small and medium-sized underwater rotationally symmetric structures.     

内转塔式单点系泊系统敏感性研究

本文以我国南海某条FPSO的内转塔式单点系泊系统为例,研究内转塔式单点系泊的不同参数对于FPSO的运动和系泊张力的影响,确定单点系泊系统不同参数的敏感性.本文从系泊系统材料、系泊系统重量以及系泊缆预张力3个方面考虑其对系泊系统受力及FPSO的运动等设计参数进行敏感性分析.通过分析确定了FPSO的运动和单点系泊系统的动力响应对于系泊系统不同参数的敏感程度.     

深水悬链锚泊线疲劳性能评估

以某座Spar平台的单根锚泊线为对象进行疲劳性能研究,采用钢链-钢索-钢链三段组成的悬链式锚泊线.基于非线性有限元方法计算锚泊线的动力响应.选取锚泊线上端钢链与上部结构、钢索与钢链的链接点,采用雨流计数法对其应力时程曲线计数得到各短期海况下的疲劳荷载谱.根据Miner线性累计损伤理论,分别得到三个危险链接点在长期海况下的疲劳损伤,对锚泊线的疲劳性能进行评估.     

钢管桁架结构在系缆力作用下的疲劳寿命分析

外海开敞大型原油码头系缆墩采用全钢钢管桁架结构时,利用计算系缆力研究其疲劳寿命,往往使计算疲劳寿命偏短,与实际情况偏离较大。目前对实测系缆力的分析研究较少,无规律可循。对日照港岚山港区30万吨级原油码头扩建工程的实测系缆力数据进行分析研究,找出系缆力的分布规律,并根据系缆力的概率分布分析系缆墩管节点的疲劳损伤。分析结果表明：结构疲劳损伤最大的为中层管节点,系缆力对系缆墩疲劳损伤影响较小,仅为10-4数量级。     

深海系泊缆的动刚度特性

针对纤维缆在交变载荷作用下存在的动刚度问题,基于集中质量法的思想建立了系缆的动张力计算模型,编制了能够有效分析系泊系统动力响应的源程序.将张力程序计算结果与商业软件计算结果进行对比,验证了算法程序的准确性,并在此基础上分析了纤维缆复杂的应力应变行为,采用统计的原理计算平均张力和张力幅值,将动刚度引入模型中探究其对系泊张力的影响.此外,分析系统在不同运动形式及环境载荷下的张力结果,研究考虑动刚度后系统参数对系泊张力的影响规律.