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。     

锥面边界球冠有机玻璃观察窗应力及试验

依据有机玻璃窗设计手册对锥面边界球冠有机玻璃观察窗进行初步设计。结合该类型有机玻璃观察窗的几何形式和受力情况给出其结构应力理论计算公式,并据此进行观察窗的优化设计。对设计的观察窗建造实尺度样机进行压力筒测试,监控实时应变和极限载荷,对结构应力和极限载荷理论计算值进行验证。     

轴向循环载荷下裂纹板和加筋板极限强度

为保障船体总纵强度的安全性,对裂纹板和加筋板在轴向循环载荷下的极限承载性能进行研究。采用系列光板和筋-板组合试件模拟船体板和加筋板构件,并在板上预制初始裂纹,对其在轴向循环载荷下的极限承载力进行试验研究。最后对试件的极限承载力进行数值分析,将所得结果与试验结果进行对比,并将由循环载荷引起的塑性累积和疲劳裂纹扩展均考虑在内。通过数值分析和试验研究得到板上裂纹长度、筋上裂纹长度、疲劳损伤因子、裂纹张开位移和挠度,分析发现这些参数（尤其是裂纹长度）对轴向循环载荷下裂纹板和加筋板的极限强度有一定影响。     

联合载荷作用下撑杆结构极限强度研究

超大型浮体结构在复杂海洋环境下承受多轴载荷共同作用,使得刚度较弱的撑杆结构极易发生破坏,从而影响整个浮体的安全和可靠性。文章以超大型浮体撑杆结构为研究对象,基于模型相似理论,进行了压扭联合载荷作用下撑杆结构极限强度试验模型设计,并开展模型试验研究。通过数值仿真方法与试验结果的对比分析,验证了数值仿真方法的正确性,并据此开展实尺度撑杆结构在不同扭转载荷作用下的压缩极限强度数值仿真计算,给出了压扭联合载荷作用下撑杆结构极限承载能力计算简化公式,为撑杆结构设计提供支撑。     

循环载荷下箱型梁极限强度性能实验研究

通过系列箱型梁模型实验,研究了箱型梁在极值循环弯曲载荷下的极限承载性能。分别对四个加筋箱型梁模型进行了循环载荷下的四点纯弯实验,实验分别采取单向及双向循环载荷两种施加方式。在单向循环弯曲实验中,模型的后续循环的极限强度与前一循环的后极限强度阶段的卸载点接近,但塑性变形有明显增加,极限承载能力下降显著;双向循环弯曲中,反向弯矩虽然抵消了部分塑性变形,但箱型梁的极限承载能力仍有明显下降。实验表明,实验加载过程中,箱型梁在承受极值循环载荷初期,其构件崩溃速率较缓,而一旦进入后极限阶段,崩溃速率显著加快;箱型梁在极值循环弯曲载荷下的极限承载性能,即后极限强度性能,相比一次性极限强度值逐步下降。     

单双舷侧散货船结构可靠性分析

采用按随机过程确定的载荷组合弯矩,对单、双舷侧两种结构分别计算船舶的极限弯矩和最大剪应力,进行可靠性评估,结果表明双舷侧结构可以大幅减小舷侧的剪应力,并在一定程度上提高了总纵强度;最后分析了双舷侧宽度对极限弯矩和最大剪应力的影响,提出了选取双舷侧宽度值的建议.     

复杂载荷作用下连接器基座加强区结构极限强度研究

文章基于混合相似理论进行了复杂载荷作用下的连接器基座加强区结构模型设计,完成了极限承载能力模型试验,并通过模型试验结果与数值仿真结果的对比,验证了数值仿真方法的正确性。通过文中的研究建立了超大型浮体连接器基座加强区结构模型试验技术、得到连接器基座加强区结构的极限压缩载荷,对多轴载荷作用下的结构物极限强度研究和推进具有重要意义。     

水下爆炸载荷作用下舰船结构极限强度研究

在对水下爆炸载荷作用下典型舰船结构损伤研究的基础上,分析了塑性变形和各种破口形状尺寸等受损情况下Nishihara箱形梁的极限强度,得出结论:有破口的箱形梁未必比有塑性变形的极限强度小,若中剖面破口长度相等,则破口面积越大极限强度越小。利用NAPA软件建立典型舰船的模型得出设计载荷并导入MSC.Patran划分网格、定义属性并施加载荷与边界条件,运用MSC.Dytran模拟水下爆炸载荷高瞬态非线性分析,通过MSC.Nastran与工程软件MARS对该模型进行极限强度非线性分析对比,提出了一种对真实爆炸损伤状态下的舰船结构极限强度计算方法,证明其运用于结构设计校核极限强度的有效性和安全性。     

水面舰船破损后的安全性分析

根据水面舰船破损的状态,分析其破损后的浮态和静水载荷,采用规范方法和非线性切片理论计算舰船破损后的波浪载荷,结合两种方法所得的载荷与极限弯矩,分析舰船破损后的安全性,并确定舰船安全航行时所对应的海况等级。     

计及侧向载荷作用的纵骨梁柱多跨失稳载荷-端缩曲线确定方法

针对现有船体梁极限承载能力计算的Smith法不能计及侧向载荷作用的问题,本文提出了一种考虑侧向载荷作用下板架变形的纵骨梁柱失稳的屈曲载荷计算模型和方法,推导了计及侧向压力对板架影响的纵骨梁柱屈曲载荷-端缩曲线公式。进行了纵向与侧向载荷共同作用下三个板架的极限承载力计算,分析讨论了侧向载荷、板架参数等对纵骨梁柱屈曲极限强度的影响规律。应用本文方法编制了考虑侧向荷载作用的船体梁极限强度程序,进行了实船的计算和对比分析。     

环口板加强T形管节点抗冲击性能机理研究

为深入研究环口板加强后T形管节点的抗冲击性能,文章采用试验研究和有限元研究相结合的方法,对未加强和环口板加强T形管节点的抗冲击性能进行了比较研究,旨在确定环口板加强节点受冲击后的典型破坏模态;并通过对变形发展、局部变形和整体变形的区分、冲击力-位移关系曲线、能量耗散等分析,揭示环口板加强节点的抗冲击工作机理,研究环口板的局部加强作用,确定环口板加强方式的有效性,可为管结构抗冲击设计和加固维护提供参考。     

海洋平台结构系统可靠性分析及其构件安全等级评判

海洋平台在服役期间将遭遇恶劣的环境载荷，研究其系统可靠性并评价其构件安全等级有着重大意义。本文采用分技界限法寻找结构的主要失效路径，以Ditlevsen界限法求取结构的系统失效概率，最后引进模糊综合评判方法对结构作综合评判．由此得到结构构件的安全等级。文中还具体分析了圆管截面极限方程的建立，讨论了影响系数对系统可靠性计算的影响，得到影响系数与系统失效概率的定性关系。按以上思路编制了空间刚架的通用可靠性分析程序，算例表明程序是合理有效的。     

基于双曲线型强度包络线的管桩挤土效应分析

假定管桩在沉桩时的挤土过程是一个圆柱形孔扩张过程.基于具有双曲线型强度包络线和圆孔扩张理论对管桩的挤土效应进行分析研究,分析了桩周土体的弹塑性力学行为,得到了应力场和位移场等表达式,并求得其塑性区半径、孔内最终压力.     

环加强T型管柱接头应力分析

本文运用有限元方法对海洋石油钻井平台中采用内圆环加强的 T 型管柱接头进行了系列计算和分析。研究了各种载荷工况下不同加强形式的内圆环对降低热点应力的效果和规律,并提出了以加强圆环、主管壳板及支管壳板三者之间的相对刚度系数 K 为参数的计算单圆环加强的 T 型管柱接头热点应力集中系数的方法。     

海上平台管节点疲劳性能研究

在研究D500系列管节点疲劳特性的基础上，吸取国内外研究成果，建立了适用较广的可靠的管节点疲劳寿命计算方法．文章给出了建立在大量数据基础上的S－N曲线，探讨了影响疲劳寿命的因素，进行了局部应力—应变法及断裂力学法计算分析，对海洋平台管节点提出了适用于工程实际的建议．     

海洋平台结构系统疲劳可靠性分析方法

本文研究了海洋平台结构系统疲劳可靠性评估方法。文中对平台结构简生管节点疲劳可靠性分析模型进行了简单的评述，在该模型的基础上，建立了用S－N曲线模型与断裂力学模型分别计算平台完好管节点及有初始裂纹管节点疲劳寿命的平告结构系统疲劳可靠性分析模型。作为一个算例，文中运用作者开发的程序系统，对一固定式导管架平台进行了疲劳可靠性计算。     

用升力面理论预报螺旋桨性能和桨叶表面压力分布

本文提出了一个依据升力面理论预报螺旋桨在不同工况下的性能和桨叶表面压力分布的计算方法。该方法计入了桨叶侧斜、纵斜、径向变螺距和径向变伴流等因素的影响。 在附着涡和自由涡的分析中引入模式函数,导出桨叶区内变密度自由涡的涡强分布,从而得到了表达整个涡系的涡强分布公式,并以此计算由整个涡系产生的诱导速度。这就使得有可能用较短的计算时间和较少的计算机存储量以较高的精度求解一个如此复杂的问题。 作者已经提供了一个理论计算程序。一些计算实例与实验结果的比较表明本文所提供的方法是令人满意的。     

深水自升平台设计的三项基础技术研究

通过实例分析讨论影响深水自升平台拖航稳性的几个因素，给出了建立平台运动限制曲线的方法；概述桩腿管节点疲劳确定性和谱分析两种方法的特点，建立流程，并通过实例确定其可行性；通过实例分析探讨了平台地震响应谱分析法的应用。     

一种新的海洋平台管节点应力评估方法

海洋工程焊接管节点受应力集中及复杂随机载荷的联合作用,容易发生疲劳破坏。为了提高焊接管节点结构疲劳寿命预测的准确性,文章以管壁厚方向上的一点作为疲劳评估点,提出了一种新的管节点结构应力计算方法。通过与国际上公开发表的疲劳试验数据进行比较,证明了文中方法应用于管节点结构的可行性及考虑壁厚方向应力梯度的有效性。基于数值计算,文中还提出了可用于T型管节点应力集中系数计算的参数公式,并对参数公式的精度进行了验证。     

On stress concentration factors for tubular Y- and T-Joints in frame structures

This paper is written as a result of some years experience with fatigue analysis of offshore jacket structures where the connections are made as tubular joints. The hot spot stresses at the tubular joints in such analysis are normally derived based on parametric equations for stress concentration factors. These stress concentration factors are normally related to the axial force in the brace. It is observed that the hot spot stresses at the crown positions of the tubular joint in some cases are significantly affected by the local loading on the chord and the bending moment in the chord. In order to use the existing formulae in these cases some engineering effort is required to derive correct hot spot stress. This work can be avoided by using the nominal stress in the chord as the basis for calculating the hot spot stress at the crown position instead of using the axial force in the brace as basis for the analysis. This also extends the validity of the equations for stress concentration factors for T- and Y- joints in design standards. The proposed modification makes it also simpler to include the effect of joint flexibility in a proper way. The basis for a proposed revision of the equations for stress concentration factors for these joints is presented in this paper. It is considered that this modification leads to minor changes of the computer code, but that it will save analysis work for engineers and reduce the possibility of calculating incorrect fatigue lives in tubular frame structures.