海洋平台生活楼板架结构抗爆性能简化预报方法

海洋平台易发生油气泄露引发爆炸事故,进而造成结构损伤、设备损毁以及人员伤亡事故。生活楼是海洋平台上作业人员的生活区及极端环境下的避难场所,其结构在设计过程中应考虑油气爆炸载荷作用下的安全性问题。本文以某海洋平台生活楼板架结构为研究对象,基于单自由度理论研究求解结构等效单自由度系统在油气爆炸载荷下的结构响应解析式,并绘制响应曲线。通过与数值仿真分析进行对比分析,验证了理论分析结果的可靠性。本文研究成果可有效指导海洋平台结构抗爆设计。     

FPSO防爆墙防护能力分析

FPSO容易发生油气泄露引发火灾爆炸事故,造成人员和财产伤亡。防爆墙是FPSO上主要的抗油气爆炸设施,在设计时需要对防爆墙的防护能力进行计算校核。基于API指南相关要求,设计了6组油气爆炸冲击载荷,基于非线性有限元法,计算分析了FPSO防爆墙响应的结构损伤。结果表明,FPSO防爆墙可以有效抵抗爆炸冲击载荷。     

基于不同爆炸风险水平的FPSO生活楼抗爆结构设计

油气爆炸是海洋平台主要风险之一，基于爆炸风险的结构设计是设计技术发展趋势。该文梳理风险分析相关的技术法规、规范，总结了爆炸风险评估流程、结构抗爆性能评估方法及流程；以某浮式生产储卸油装置（floating production storage and offloading unit, FPSO）海洋平台生活楼为依托对象，利用结构有限元分析软件，分别开展了筛选分析、强度水平分析和塑性水平分析，完成基于爆炸风险的生活楼结构性能评估；基于功能性、作业、生命安全这3个性能水平，开展不同爆炸风险水平的结构设计，得到满足各性能水平衡准的设计方案。     

FPSO上部模块火灾场景结构响应分析

为保证FPSO上部油气处理模块的使用安全,使用FDS软件对FPSO的油气处理模块进行无风和斜风情况下的垂直喷射火模拟,并将温度数据导入ABAQUS软件中进行火灾情况下的结构响应分析,以探究环境风对于FPSO上部模块发生火灾的影响。研究表明：风会改变火焰作用于甲板上的位置及甲板上的温度分布,且当风为垂向结构外侧时,火焰会破坏上部模块的支撑柱,致使更危险的情况发生。     

Y型激光焊接夹层板抗爆性能分析

金属基折叠式夹层板具有优良的抗冲击性能,Y型激光焊接夹层板(Y-LASCOR)作为其中一种新型结构,需对其抗爆性能进行分析研究.本文基于非线性有限元软件MSC.Dytran开展水下爆炸冲击波载荷作用下Y-LASCOR的抗爆性能研究,并在此基础上研究Y-LASCOR的主要尺寸参数对其抗爆性能的影响.研究结果表明,Y-LASCOR在水下爆炸冲击波载荷作用下,下面板发生膜拉伸变形,夹芯层发生压皱变形,对上面板起到缓冲作用,降低了上面板的损伤变形,改善了结构吸能效率,表现出了优良的抗爆性能;上、下面板厚度t(l),tb和夹芯壁厚tc在一定范围内可以有效改善Y-LASCOR的抗爆性能;夹芯层高度H对结构抗爆性能的影响不大.     

多次水下爆炸下背空加筋板损伤累积特性研究

为了评估舰船结构在水下多次爆炸冲击下抗爆抗冲击性能,采用Abaqus非线性有限元软件建立了固支背空钢板结构水下爆炸冲击数值模型,数值计算结果与文献实验结果吻合较好,验证了水下爆炸声-固耦合方法的可靠性。在此基础上,提出了多次水下爆炸冲击声-固耦合数值模拟方法,研究了多次水下爆炸冲击下典型背空加筋板损伤累积特性与损伤模式演化规律,分析了冲击因子对结构损伤特性的影响。结果表明,多次水下爆炸冲击作用下背空加筋板动态变形与损伤逐渐累积,可能发生塑性大变形、边界拉伸撕裂以及整体失效破坏等损伤模式演化。当冲击因子小于某一阈值时,背空加筋板多次水下爆炸冲击下塑性变形趋于稳定,出现伪安定现象。研究结果可为舰船结构抗爆抗冲击设计提供参考。     

FPSO上部模块爆炸场景模拟研究

为避免浮式生产储油卸油平台(Floating Praduction Storage and Offloading, FPSO)上部油气处理模块内部的油气处理管路设备泄漏后发生爆炸事故，采用FLACS软件对符合实际工作环境孔隙率的FPSO的油气处理模块进行三维建模，分别选取6种点火位置进行可燃气体爆炸的模拟，研究甲烷气体云在不同的点火位置时发生爆炸事故后果的影响。研究结果表明：气体云爆炸的点火位置位于结构中心时，爆炸超压产生的数值最大，且覆盖范围最广；爆炸对于第一层甲板的影响较小，且结构中心处的爆炸超压小于结构外侧的爆炸超压。     

波纹夹层防爆墙在油气燃爆冲击下的动态响应

防爆墙结构是海上浮式生产储油船（FPSO）上部重要防护设施，其在油气燃爆冲击下的动态响应需要重点关注。以FPSO上部模块为研究对象，基于计算流体力学（CFD）方法对油气燃爆场景进行数值模拟，获得了防爆墙表面压力时间曲线和空间分布；基于显式动态算法研究了波纹夹层防爆墙在燃爆载荷作用下的动态响应，并与等质量加筋板动态响应进行对比。研究结果表明：在防爆墙动态响应研究时，加载考虑负压和压力非均匀分布会使结果更准确，相比于加载平面内分布均匀的三角形载荷，考虑时间上负压阶段进行加载时，波纹夹层防爆墙永久变形减小；考虑超压空间非均匀分布进行加载时，波纹夹层防爆墙永久变形增大；考虑压力非均匀分布进行加载时，波纹夹层防爆墙永久变形要比加筋板小25.8%，抗爆性能更优。研究结论可为FPSO上部防爆墙设计及动态响应研究提供一定的参考。     

水下爆炸作用下船用加筋板动态响应特性分析

加筋板作为船体结构的重要组成部分,其抗爆防护性能是衡量舰船生存能力的重要指标.文中利用有限元仿真软件LS-DYNA对水下爆炸冲击作用下船用加筋结构的动态响应特性及抗爆防护性能进行了研究.研究结果表明:水下爆炸冲击作用下加筋板的最大应变位于肋板所在位置,肋板结构类型是影响加筋板的变形响应速度及塑形变形幅值的重要因素.在相同面密度条件下,双层底加筋结构可有效提升结构整体的抗爆防护性能,相对于单层底加筋结构防护性能提高了30.15%.     

油气爆炸下海洋平台抗爆结构型式数值仿真

海洋平台作为人们开发利用海洋资源的重要基础设施,在其服役期间,常会遭到油气泄漏而引起的爆炸冲击破坏,因此对海洋平台结构进行爆炸载荷下的动态响应分析及抗爆研究十分必要。本文以某海洋平台燃油舱的围壁为研究对象,对其分别进行波纹板和夹层板结构设计。使用非线性瞬态动力学分析软件MSC.Dytran对不同结构型式舱壁下燃油舱的吸能情况进行数值对比研究,从而获得抗爆效果较好的海洋平台舱壁抗爆结构。     

气体FPSO上部模块火灾场景数值分析

针对火灾情况下的温度变化问题，以气体FPSO平台为例，选取该海域常见海况，研究不同风速、风向下的喷射火模拟。采用基于流体动力学（CFD）的火灾动态模拟（FDS）软件进行喷射火模拟，研究喷射火场景下平台上部模块的火场及温度场分布规律，并探寻不同风速、风向对火场的分布规律影响。对火焰形态进行研究发现，火焰沿风向飘移，当喷射火为垂直喷射火时，火焰作用于甲板上的面积与风速大小成反比。对温度场进行研究发现，温度场的分布与火焰的分布规则基本一致，甲板上的高温区域位于泄漏口上方甲板顺风向的位置，且风速越大，高温区域距离泄漏口在甲板投影的位置越远。由于风速大会加快结构与外界的热交换，因此，风速越大，甲板上的温度场面积越小，最高温度越低。模拟结果对于气体FPSO上部模块发生喷射火灾时的消防与救灾抢险具有指导意义。     

Belanak FPSO船舶电气模块火/气监测的研究

本文研究了Belanak FPSO中船舶电气模块(Marine Electrical Module,简称MEM)的结构与设备布置,绘制了MEM模块,主配电室等舱室的火/气探测器布置图,设计了MEM模块火/气探测环路.在设计过程中我们比较详细的研究了常用火/气探测器的测量电路,进行了火/气探测器种类选择和所需数量的计算,探测环路连同微计算机火/气监测中心,构成了MEM模块火/气监测系统.在探测环路设计的基础上,开发了MEM模块的火/气监测与报警软件,一旦发生火灾,本软件将发出声光报警信号,并指示出火灾发生的部位,实现了对MEM模块火灾的实时监测与报警.     

深水FPSO立管导管及基座结构设计分析

以一艘深水超大型FPSO柔性动态跨接软管的导管及基座结构为例,介绍立管导管及基座的总体布置和详细设计对基本设计的优化.立管导管及基座结构设计考虑了FPSO在位操作、极端环境、跨接软管海上安装、立管事故、FPSO船舱破损和远洋拖航等工况.按某石油公司企业标准要求开展了立管关断阀油气泄漏扩散、燃爆连锁风险定量分析,确定了立管导管及基座结构设计爆炸超压,分析了立管导管及基座结构抗爆炸事故工况的强度,进行了立管导管及基座结构被动防火设计.基于疲劳累积损伤的分析方法,预报了立管导管及基座结构的疲劳寿命.     

FPSO火灾爆炸风险评估方法

为了保障海上油气开发的安全进行,对FPSO设备失效引起火灾爆炸进行风险评估.基于模糊Shannon熵和模糊多属性理想现实分析比较法(FMAIRCA),提出了一种改进的FMEA风险评估方法.通过模糊Shannon熵确定风险因素之间的模糊相对重要度,采用FMAIRCA中的重要度值对失效模式进行风险等级排序.通过对FPSO火灾爆炸进行风险评估,并与TOPSIS方法和传统FMEA方法得到的评估结果进行对比,验证评估方法的有效性和可靠性.研究表明,提出的方法能在模糊数据中获取准则权重,在处理大量失效模式和决策标准的情况下计算成本低,该方法排序稳定性更高能够获得更加可靠的风险评估结果.     

战斗部舱内爆炸对舱室结构毁伤的实验研究

为探讨舰船抗爆抗穿甲防护结构设计,利用导弹模拟战斗部进行了舱室内部爆炸模型试验,研究内爆条件下高速破片和爆炸冲击波对舱室结构的联合毁伤效应,分析舱内爆炸环境下舱室板架结构的典型破坏模式.结果表明:模拟战斗部内爆载荷作用下舱室结构的整体变形以冲击波破坏为主;战斗部破片对舱壁板架产生侵彻穿孔破坏,并在近爆区板架上形成了破口密集区域;单个破口对舱室整体结构破坏影响不大,而密集破口区在后续冲击波作用下会发生撕裂,形成大破口,影响舱室整体结构性能.该研究结果,可用于指导舰船防护结构的设计.     

水下目标结构在水下爆炸作用下的失效概率分析

为研究水下爆炸载荷作用下某水下目标结构的可靠性,通过开展多组试验获得了真实可靠的样本数据,在考虑爆炸源、传播介质和结构特性等因素的基础上选用输入变量和响应变量,进而利用回归方法构建输入变量和响应变量之间的预测模型。然后利用蒙特卡洛模拟法对结构进行可靠性分析,得到了爆炸点在平面内变化时结构的失效概率曲线和等可靠度曲线,为水下结构抗爆标准规范的建立提供了依据。     

改装FPSO模块化生活楼振动与舱室噪声研究

文章以某改装FPSO模块化设计生活楼为研究对象,采用有限元法建立生活楼结构振动分析模型,对其总振动进行计算。并基于统计能量法,建立生活楼舱室噪声分析模型,计算舱室噪声,结果表明,生活楼舱室噪声满足IMO A 468(XII)舱室噪声限值要求,居住和办公场所噪声性能优于母型船。     

水下近场爆炸作用下抗爆结构动响应特性研究

针对近场爆炸的不同工况,对抗爆结构进行数值仿真,对比分析有无气囊时抗爆结构的主体结构动响应,研究药量与主体结构的动响应、冲击环境之间的关系,给出主体结构抗爆抗冲性能随药量变化的规律。数据分析表明,橡胶气囊的存在对衰减冲击波的作用起到良好效果,改善了抗爆结构主体的冲击环境,有较好的抗爆效果。     

水下接触爆炸作用下泡沫夹芯板耗能机理研究

[目的]为了研究水下接触爆炸作用下泡沫夹芯板的耗能机理,[方法]首先,开展泡沫夹芯板的水下接触爆炸试验,获得其破坏模式,并比较等质量钢板与不同配置夹芯板的抗爆耗能效果;然后,基于数值仿真,分析泡沫夹芯板在水下接触爆炸作用下的损伤过程,模拟夹芯板的破坏模式,统计各部分的耗能率。[结果]研究结果表明,同等条件下夹芯板的抗爆耗能效果优于等质量实体钢板,且上面板薄、下面板厚时的耗能效果最优;夹芯板耗能率可较实体钢板提高约5%~8%。[结论]根据试验和仿真结果,给出了泡沫夹芯板结构在水下接触爆炸作用下的耗能机理,可为舰船结构防护设计提供参考。     

抗水下爆炸载荷的新型船舶结构形式研究

以吸能原理为理论依据,提出船舶双层底的四种新型抗爆结构形式,建立传统形式和四种新型结构形式的有限元模型.利用MSC.Dytran软件进行数值仿真,获得在相同水下爆炸载荷下五种结构形式的吸能性能、内底板最大变形量、典型部位加速度,并分析比较了五种结构的抗爆性能,从中获得较优的结构形式.