半潜式平台总体强度计算和关键结构极限强度计算方法研究

给出了基于ANSYS/AQWA软件的半潜式平台整体强度分析方法,采用逐步破坏分析法和有限元计算方法,计算半潜式海洋平台关键节点和关键构件极限强度。以一典型深水半潜式平台为对象,进行了自存工况和作业工况下8个典型危险波浪载荷条件下的平台整体强度有限元分析,选取应力最大的横撑和立柱局部结构作为计算模型,确定合理的边界条件,通过计算给出了半潜式平台关键节点和关键构件的极限承载力,为下一步平台结构的安全性评价提供可靠依据。     

半潜式平台关键结构全寿期极限强度预报方法研究

文章基于逐步破坏分析法和有限元计算方法,发展了一种计及材料腐蚀、疲劳裂纹等结构损伤的半潜式海洋平台关键结构全寿期极限强度计算方法。以一服役水深为3000 m半潜式平台为研究对象,选取横撑和立柱局部结构作为研究对象,以不同服役年限下裂纹扩展长度和腐蚀厚度作为变化参数,采用ANSYS软件建立其参数化有限元模型,计算了不同服役年限下半潜式海洋平台关键结构极限强度,在此基础上分析了全寿期内关键结构极限强度随服役年限的变化规律。     

局部构件破损对半潜式平台极限承载力的影响分析

采用准静态非线性有限元法,应用半潜式平台整体极限承载力计算方法,探讨平台艏部横撑破损、腐蚀等结构损伤对平台整体极限承载力的影响。通过对比平台完整和损伤状态时的极限承载力计算结果,横撑破损和腐蚀分别对横向受力工况和中拱工况下平台极限承载力影响最大,尤其当两者共同作用时,横浪作用下平台的剩余极限承载力降低较多。     

半潜式钻井平台承载力极限状态设计

以半潜式钻井平台为研究对象,研究承载力极限状态设计方法的应用。文中首先介绍了承载力极限状态、分析方法、强度衡准;然后基于非线性软件ABAQUS,以加筋板架为研究对象,对其极限强度有限元数值仿真的分析方法、初始变形影响、结果分析技术等进行研究,总结形成数值仿真分析技术。在此基础上,分析半潜平台结构模型、载荷模型、边界约束等,研究目标平台在横向分离、纵剪、纵扭三种变形模式下的极限承载力及变形模式;分析等效模型、加筋模型对计算结果、计算效率的影响,提出半潜式平台极限强度工程化数值分析技术。最后,基于部分安全系数准则提出完整半潜式平台结构极限强度衡准,并对目标平台进行评估;总结形成半潜式钻井平台基于承载力极限状态的结构设计技术。     

深海半潜式钻井平台上部船体极限承载力分析

新一代半潜式钻井平台趋于采用节点少、无撑杆的简单结构外形。由于其在深海作业往往面临极其恶劣的海洋环境,因此平台结构的安全性显得尤为重要。ABS MODU规定要考虑半潜式平台在横撑结构失效后的剩余强度问题。文章基于有限元分析软件Abaqus,采用准静态法计算分析横撑失效后上部船体结构在横开、横关两种载荷模式下的极限承载能力;同时,基于"面积涂抹"技术对模型进行简化,而后计算简化模型的极限强度并对简化方法进行了讨论。研究成果可对新型半潜平台结构设计提供参考,也可为大型结构极限强度计算有限元简化计算提供借鉴。     

基于倒塌分析法的自升式平台极限承载力研究

自升式平台在作业时承受风、浪、流等环境作用。以CIMC400自升式平台为例,基于非线性倒塌分析法和结构参数的随机分布,对平台极限承载力进行确定性以及可靠性分析,并进一步就构件受损和疲劳、腐蚀对平台极限承载力的影响进行了研究,为这类平台的结构设计提出了一些有益的建议。     

半潜式平台横向开闭极限强度的时变可靠性分析

为了研究疲劳和腐蚀对半潜式平台结构极限强度可靠性的影响,文章改进了Smith方法,使之能够用于计及撑杆整体失稳的半潜式平台对开、对闭的极限强度计算;基于随机过程理论,建立计及疲劳和腐蚀作用的平台结构极限强度随机时变模型;针对某半潜式平台,建立波浪载荷和静水载荷随时间的变化模型,使用并联系统方法计算平台结构的时变可靠性,并与年度瞬时可靠性进行比较.     

半潜式平台极限状态评估

对某半潜式钻井平台,采用ANSYS建立有限元计算模型,进行了典型波浪荷载作用下平台非线性垮塌性分析,不考虑几何非线性和初始缺陷的影响。分析结果表明,平台最终的失效形式和水动力荷载作用形式十分相关,初始失效部位和最终失效状态各不相同。文中对ANSYS计算模型和SESAM计算模型进行了对比,在相同的荷载条件下分别计算了两个模型,比较ANSYS计算结果和SESAM计算结果及ABS和DNV规范理论结果,三者结果吻合较好。对非线性垮塌分析结果进行了讨论,通过对截面力作用形式的分析,建立了两类半潜式平台极限状态方程。文中半潜式平台非线性垮塌分析结果可以作为基于ABS和DNV规范的半潜式平台极限状态的基准性研究。     

基于蒙特卡洛模拟的半潜式平台极限强度可靠性研究

半潜式平台是世界深海钻井的主要装备。我国南海的平均水深较深,油气资源丰富,自主掌握半潜式平台设计建造技术势在必行。结构的极限强度是半潜式平台所能承受载荷的上限值,充分考虑极限强度计算中的不确定性,并对其极限强度进行评估对于结构的安全而言具有重要意义。采用Smith法计算半潜式平台极限强度,用蒙特卡洛模拟对半潜平台极限强度计算中的不确定变量进行离散,然后将离散后的均匀随机数代入Smith法中,通过大量的循环计算得到半潜平台极限强度的概率密度曲线。通过与半潜平台极限强度名义值进行比较,发现变量的不确定性对半潜式平台极限强度影响较大,名义值不能真实地反映半潜式平台的承载能力。     

BINGO9000半潜式钻井平台疲劳强度分析

本文对BIGO9000半潜式钻井平台进行了疲劳强度分析。首先，建立了该平台整体三维有限元模型，结合北海波浪长期分布资料，计算了72种波浪载荷工况下的整体结构应力，为管节点结构局部应力分析提供边界条件。其次，建立管节点避部有限元模型进行疲劳强度分析。在计算管节点结构应力范围时，本文应用热点应力法，并根据DNV规范提供的S－N曲线，以及Miner线性劳累积损伤准则计算管节点结构的疲劳寿命。本文提出给出一些有意义的结论，为国内外后同类半潜式钻井平台的设计和建造提供了宝贵的技术依据。     

坠物参数对半潜式起重平台甲板结构损伤的影响研究

在半潜式起重平台吊运过程中容易发生跌落事故,本文以半潜式起重平台为研究对象,考虑2种典型坠物形式(点面和线面)和不同坠物类型,采用非线性有限元软件Ls-dyna,从坠物角度、跌落位置方面进行研究,分析不同场景下的平台结构损伤情况,开展不同坠物参数对平台甲板的损伤敏感性研究。研究发现:跌落角度越小,甲板损伤越小,角度越大,越容易发生倾倒;跌落在甲板纵骨上,结构吸能最小,跌落在横梁纵桁交汇处时,结构吸能最大;坠物在接触到下部结构时会产生滑动,跌落位置下方构件的局部刚度越强,损伤变形越小。本文研究对平台甲板抗冲击性能及安全作业有一定参考意义。     

带有凹坑损伤的圆管构件轴向承载力研究

利用有限元法对海洋石油工业中典型圆管构件在侧向载荷作用下的凹坑损伤进行了模拟,并对带有凹坑损伤的圆管在轴向压力作用下的极限承载力进行了研究.通过有限元计算结果与试验结果的比较,得到一些有意义的结果.本文还对凹坑区域的残余应力对极限承载力的影响进行了研究,并对凹坑区域的理想化进行了探讨,为海洋结构物的设计和安全评估提供了科学依据.     

半潜式平台关键结构选取及疲劳寿命计算

以南海某半潜式平台为研究对象,基于SESAM软件建立有限元模型,计算平台整体结构强度,筛选应力集中区域作为疲劳计算的关键区域。选取截面特征载荷,计算剖面载荷处的运动响应和长期预报幅值。在GeniE模块中,采用SET分组的形式建立局部模型代替Submod模块使用的子模型计算,并对关键区域细化网格。在Stofat模块中计算节点处的疲劳损伤,根据S-N曲线计算疲劳寿命。结果表明,在平台关键区域1和区域2的节点疲劳损伤较大、寿命较短。因此,在半潜式平台服役期间,需要对关键结构部位进行定期检修和维护,以保证平台可正常运营。     

腐蚀和裂纹损伤下海洋平台极限强度试验研究

根据墨西哥湾某一典型固定式海洋平台为原型,按照刚度相似性和几何相似性,分别设计并制作了完好模型、腐蚀模型、裂纹模型,并对三个试验模型开展极限强度试验研究,试验结果表明腐蚀、裂纹损伤严重影响试验模型极限承载力,且试验模型失效模式各不相同.同时,采用非线性有限元方法,分别对三个试验模型进行计算,将计算结果与试验结果对比分析,验证了该方法在固定式海洋平台极限强度计算方面的有效性.     

半潜平台结构强度及全寿命强度可靠性研究

利用ANSYS及AQWA有限元方法进行某半潜平台下水前的自存工况整体强度校核,根据目前的技术状况报告评估其腐蚀度与裂缝情况,并由腐蚀度折算钢板厚度,进行现行自存工况下的整体强度校核。文中选取了JONWASP谱描述的7种海况,分别进行整体强度计算和构件强度可靠性分析,最终获得该半潜平台目前在整个使用寿命过程中的整体强度及可靠性变化的规律。     

梁板式高桩码头极限承载力概率分布

极限承载力概率分布是结构可靠度计算要解决的主要问题之一。针对在役高桩码头结构安全评估问题,选择结构材料性能参数与几何尺寸参数为随机变量,基于非线性有限元数值模型,采用蒙特卡罗法建立典型梁板式高桩码头极限承载力概率分布模型及统计参数。研究了水平荷载作用下无损结构的极限承载力概率分布及损伤位置、损伤程度和损伤数量对高桩码头极限承载力概率分布及统计参数的影响。结果表明:水平荷载作用下无损结构的极限承载力概率分布为正态分布,损伤位置、损伤程度和损伤数量不影响结构极限承载力的概率分布。在水平荷载作用下计算损伤结构的可靠指标时,可以采用无损结构极限承载力概率分布及统计参数进行计算。     

深水半潜式钻井平台断裂力学疲劳寿命分析

采用断裂力学分析方法和谱疲劳分析方法对比深水半潜式钻井平台典型节点在南海典型海洋环境条件下的疲劳寿命,断裂力学分析中将平台结构裂纹作为张开型裂纹来处理,对比初始裂纹深度对计算结果的影响,并与结构谱疲劳寿命分析结果进行对比,结果表明,断裂力学方法用于南海环境条件下深水半潜式钻井平台疲劳分析较为准确,认为在缺乏结构初始裂纹数据情况下,半潜式平台结构采用断裂力学分析方法所采用的初始裂纹深度可用于平台结构的初始寿命评估及结构发现裂纹后剩余寿命的验证分析。     

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。     

半潜式平台极限强度可靠性研究

极限强度是半潜式平台海洋环境适应能力的显示指标,由于承载能力和环境载荷具有明显的随机性,应基于极限强度并采用可靠性方法评价平台结构安全性.文中首先阐述了解析方法和简化方法的基本步骤和关键问题,并对某目标平台总纵极限强度进行了比较研究,然后基于三维势流理论和Morison方程对生存工况下的目标平台垂向波浪弯矩进行了预报,最后基于极限强度建立了半潜式平台可靠性计算模型,并对目标平台结构可靠性和目标可靠度进行了分析.研究结果表明,简化方法和解析方法可用于半潜式平台极限强度计算,半潜式平台中垂状态结构安全性值得关注,可靠性分析结果可用于指导半潜式平台结构设计.     

堆货荷载下高桩码头结构整体安全度分析

以大型通用有限元软件ANSYS为平台,建立了高桩码头结构整体极限承载力分析的非线性有限元数值模型。将蒙特卡洛方法与有限元数值模型相结合,求取出堆载下高桩码头结构整体极限承载力的概率分布及其统计参数。以结构整体极限承载力(结构抗力)和作用荷载(作用效应)为随机变量,构建反映高桩码头结构整体安全度的功能函数,采用JC法计算结构的安全指标,建立了高桩码头结构整体安全度分析的有效方法。研究了堆货荷载下高桩码头结构损伤与尺寸型式改变对极限承载力样本概率分布与统计参数的影响,得出了堆载下高桩码头结构极限承载力概率分布为正态分布,结构损伤与尺寸型式改变对其统计参数影响不大的结论。计算表明,利用此法分析堆货荷载下高桩码头结构整体安全度简便且可行。