半潜式生活支持平台碰撞敏感性研究

为解决钻井平台服务的半潜式生活支持平台在动力定位或系泊系统失效时会与钻井平台发生碰撞问题,通过不同碰撞速度与不同碰撞位置下的对比分析,研究了两者对于生活支持平台碰撞特性的影响。利用SpaceClaim-HyperMesh软件联合建立了生活支持平台与钻井平台计算模型,从实际靠泊作业出发,确立了对比分析的碰撞速度与碰撞位置。从碰撞力变化、结构损伤、能量转化方面进行了对比分析,得出以下结论:碰撞速度影响碰撞力峰值与结构损伤范围,碰撞力变化在不同碰撞速度下大致相同;随着碰撞速度增大,平台吸收动能占比增大,变形能占比下降;30°斜向撞击时,碰撞剧烈程度明显低于对中正撞,碰撞力峰值小很多,更多的初始动能转化成了2座平台的动能,大幅减少了变形能的吸收,缩短了碰撞持续时间。     

计及系泊系统作用下半潜式生活支持平台碰撞特性研究

半潜式生活支持平台用于钻井平台生活及工程方面的支持,动力定位或系泊系统的失效都可能导致支持平台与钻井平台的碰撞。本文通过计及系泊系统作用下某半潜式生活支持平台与钻井平台的典型碰撞工况分析,对其碰撞特性进行了研究。利用Awqa-line模块得到系泊缆位移-载荷曲线,并在LS-Dyna软件中等效模拟出系泊缆对生活支持平台与钻井平台水平方向上的约束作用。利用Space Claim-HyperMesh软件联合建立了生活支持平台与钻井平台有限元模型,从碰撞速度、碰撞位置、参数设置等方面确定了生活支持平台与钻井平台的碰撞工况。从碰撞后速度、结构形变、碰撞力、能量转化等方面进行了对比分析,得出以下结论:系泊系统对平台的约束作用主要表现为平台运动的滞后效应,减缓了支持平台与钻井平台的速度变化,加快了碰撞区域结构的形变速度,造成了碰撞区域更大的结构变形。     

系泊油轮与海上平台的碰撞力分析

考虑风、浪、流的联合作用以及平台护舷非线性恢复刚度,研究船舶系泊状态与平台的撞击力及其分布规律。针对不同的风、浪、流的作用方向以及不同的风速、波高及流速,计算波浪和海流的载荷,建立系泊船舶的分析模型,采用频域与时域分析方法,进行系泊船舶运动及其与平台之间碰撞力的仿真,得到系泊船舶与平台的碰撞力时间历程,并分析不同碰撞力发生的概率,确定发生最大碰撞力的风、浪、流方向,比较常量护舷刚度与非线性护舷刚度的计算结果。结果表明,橡胶护舷刚度的选取对于碰撞力的计算结果影响显著,选取非线性护舷刚度计算靠泊碰撞力十分必要,用目前的经验公式计算得到的碰撞力偏差较大。     

半潜式海洋平台与供应船尾部发生正碰分析

随着世界上海洋平台的增多,船舶与海洋平台的碰撞事故也随之变多,碰撞事故往往产生巨大损失。为了研究其碰撞规律,本文基于有限元软件Ansys/Ls-Dyna,研究分析不同速度下供应船尾部与半潜式海洋平台的碰撞,碰撞中的流体采用附加质量法处理。为确保计算结果精度,对碰撞的局部区域进行网格细化。计算结果表明,正碰时平台内部结构单元首先发生破坏(内部结构指水平强框处单元),外板失效所需能量比内部结构大;当撞击速度小于破坏速度时,单元没有破坏,但当船回弹时,外板上的板单元产生振动,应力和能量产生短时间波动。     

半潜式海洋平台与供应船尾部发生正碰分析

随着世界上海洋平台的增多,船舶与海洋平台的碰撞事故也随之变多,碰撞事故往往产生巨大损失.为了研究其碰撞规律,本文基于有限元软件Ansys/Ls-Dyna,研究分析不同速度下供应船尾部与半潜式海洋平台的碰撞,碰撞中的流体采用附加质量法处理.为确保计算结果精度,对碰撞的局部区域进行网格细化.计算结果表明,正碰时平台内部结构单元首先发生破坏(内部结构指水平强框处单元),外板失效所需能量比内部结构大;当撞击速度小于破坏速度时,单元没有破坏,但当船回弹时,外板上的板单元产生振动,应力和能量产生短时间波动.     

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。     

船舶与海洋平台碰撞的动力响应研究

海洋平台在复杂的海域工作时,除了受环境载荷影响,也可能受到过往船只碰撞的影响。本文分析了船舶与海洋平台碰撞的外部动力学问题,得到完整的碰撞力时程曲线。在1 000 m水深,风、浪、流联合作用下,分别对有无碰撞力影响的平台进行完全时域耦合分析,并将碰撞前后的运动响应以及系泊缆顶端张力的计算结果进行对比,得到碰撞力的变化趋势、碰撞后平台运动响应特性和系泊缆顶端张力变化情况,为今后海洋平台的设计、系泊、防撞等方面提供一定的理论支持。     

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。     

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.     

台风条件下TLP串行立管系统碰撞分析

TLP立管系统以丛式方阵排列,台风条件下立管在波浪、海流及平台的联合作用下可能发生碰撞,有必要深入研究TLP串行立管系统的碰撞情况。文章基于DNV-RP-F203规范和Huse半经验尾流模型,提出台风条件下串行立管下游立管来流速度计算方法和立管系统碰撞分析方法,建立串行立管—井口—导管系统耦合有限元模型,研究台风条件下串行生产立管系统碰撞时的力学特性,在整体碰撞分析的基础上进行立管局部碰撞精细化分析,对比分析立管局部碰撞理论解和仿真解的不同。结果表明:下游立管来流速度的计算至少采用文中建立的方法迭代3次。串行立管发生碰撞时的最大应力发生在泥面导管处,碰撞位置应力发生了突变;立管发生碰撞的位置在水深100-120 m范围内。立管局部碰撞分析的理论解和仿真解基本吻合。     

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。     

半潜式火箭发射平台的水动力性能

本文研究的火箭发射平台主体,为六立柱半潜型式。波高相对于特征长度为小量,考虑到波浪对平台主体大尺度结构的辐射和绕射作用,采用三维频域势流理论对其波浪载荷进行计算分析。对于横撑等小尺度构件,其直径远小于波长,波浪的绕射效应可以被忽略,而粘性作用十分重要,采用了修正的Morison方程对其求解。计算分析结果将为火箭发射平台水动力性能研究提供参考。     

平台运动影响下张力腿涡激振动特性研究

张力腿涡激振动易引起系泊系统的疲劳损伤,危害张力腿平台的安全性和可靠性。该文借鉴细长立管涡激振动的相关研究,同时考虑张力腿与立管在截面尺度、预张力大小以及边界条件存在的巨大差距,采用切片理论结合CFD数值模拟方法,对平台运动影响下张力腿涡激振动开展了研究。考虑定常张力与时变张力对涡激振动的影响,采用GAMBIT软件分区建立了多切片计算网格,将编制求解涡激振动的UDF程序嵌入Fluent软件中,采用动网格技术实现流场的更新并计算作用于张力腿上的瞬时升力和拖曳力。文中还比较了仅考虑流和考虑浪、流联合作用张力腿的时变张力影响,研究了两种典型波高共计六种工况,计算结果表明：随着流速的增加,各模态权重比例将发生跳转现象;尽管由于平台运动导致张力腿受力的随机性,但平台运动对张力腿涡激振动影响较小。     

拖航工况下半潜平台撑杆波浪砰击敏感性研究

半潜式平台在拖行过程撑杆等细长结构承受的波浪砰击对结构安全影响较大，相关船级社规范中明确要求结构分析过程中需要考虑波浪砰击载荷。基于传统势流理论的数值方法已经被广泛的应用于浮式海洋平台的水动力和砰击载荷的研究，但是对于复杂的粘性干涉效应、波浪爬升、波浪破碎和波浪砰击等实际工程问题不能够运用势流理论准确模拟。非定常的计算流体力学CFD (Computational Fluid Dynamics)方法能够较为准确解决上述问题。因此，本文以982半潜式海洋平台为研究对象，采用计算流体力学中的动态重叠网格方法和流域体积域方法VOF(volume of fluid)，结合水池物理模型试验结果，对平台在拖行工况下撑杆的波浪砰击进行研究。主要对半潜平台撑杆在三种不同流速和风速的拖航工况下撑杆受到的砰击压力的敏感性进行了分析研究，分析波浪砰击下撑杆的瞬态砰击压强分布情况，得到波浪砰击压力危险区域，同时给出拖航工况下撑杆砰击压力系数的变化规律，为分析预报半潜式平台撑杆在复杂的拖航海况下受到的砰击压力提供了参考。     

深水半潜式钻井平台DP3动力定位能力分析

以一座深水半潜钻井平台为对象,研究其动力定位系统的定位能力。依据API规范对动力定位能力的分析方法和要求,对半潜平台动力定位系统进行环境载荷的计算与分析,建立了动力定位系统的分析模型,编制了动力定位能力计算程序,针对平台推力系统的完整模式和各种失效模式,计算并绘制了平台在作业工况和待机工况下动力定位能力曲线和静态功率消耗曲线。计算结果表明,该平台的动力定位系统能够满足DP-3级别要求,能保证半潜钻井平台在设计海况下正常作业。     

半潜平台总体强度计算中的波浪工况研究

半潜平台总体强度分析中,全面考查对平台最不利的波浪工况对其安全性非常重要。根据规范和相关研究成果,同时结合对半潜平台结构特性的分析,得到一系列危险波浪载荷工况,采用设计波谱分析方法对目标平台进行水动力载荷预报和结构响应计算。结果表明目标平台的最危险控制工况是使平台产生横剖面最大水平扭转的斜浪工况,且该工况在规范推荐考察的工况之外,研究成果可为类似平台的总体强度分析提供参考。     

海洋平台波浪荷载数值模拟研究

针对以往采用理论公式和试验方法计算波浪荷载存在一定局限性的问题,基于计算流体动力学软件Flow3D建立三维数值波浪水池模型,模拟规则波与自升式海洋平台相互作用过程,并将波浪力计算结果与理论值进行对比.