锦州9-3油田WHPC平台冰激振动数值模拟

针对锦州9-3油田WHPC平台导管架和组块的工程设计,进行冰激振动分析,包括平台自振特性、平台甲板冰激振动响应以及强度校核,根据不同的甲板位置进行人员舒适度检验,以期为渤海浅水重冰区类似平台结构的抗冰设计提供借鉴和参考。     

导管架平台火炬臂冰激振动响应数值分析

针对渤海某浅水重冰区导管架平台火炬臂的冰激振动问题,提出了一种基于有限元的时域分析方法。该方法根据导管架平台火炬臂的结构特征,对导管架平台与火炬臂这一主从动力系统中的主结构和子结构分别进行瞬态动力分析,从而实现对火炬臂冰激振动响应的准确评估。计算结果表明:火炬臂的动力响应与平台整体结构的动力响应之间有着明显的"继承"关系,并具有显著的动力放大特征,可为渤海浅水重冰区平台设计提供参考和借鉴。     

海上测风塔结构冰振响应分析

为明确海冰作用下高耸结构的冰振响应问题,以渤海冰区海域某海上测风塔为例,对比测风塔与渤海导管架平台的动力特性,确立测风塔的冰载荷模型。基于ANSYS软件对测风塔结构在不同冰况下的抗冰性能进行分析,结果表明,冰激稳态振动下,结构的动力放大系数可达6.7;极端工况下,结构上部的振动加速度响应可达2.64g,远大于结构的抗震设防烈度(0.2g)。冰激稳态振动发生时,工作甲板法兰连接处振动加速度显著并且持续时间较长,可能造成法兰松动。该测风塔结构对抗冰性能考虑不足,应采取适当措施避免冰激稳态振动的发生。     

渤海导管架平台的破冰锥体设计

主要阐述了渤海辽东湾重冰区海域锦州21-1 BOP和锦州9-3E WHPA平台导管架破冰锥体的设计实践,并对渤海重冰区平台导管架破冰锥体的设计提出了建议.     

基于Hilbert-Huang变换的抗冰导管架平台损伤识别研究

渤海海域的抗冰导管架平台每年冬季都会受到海冰作用从而产生严重的冰激振动问题.对冰振危害进行监测与分析是保障冰区现役抗冰平台安全作业和降低冰害损失的重要研究内容.本文针对导管架结构长期处于冰振情况下结构可能存在隐性损伤的问题,采用Hilbert-Huang变换的方法开展结构损伤识别的研究.首先利用通用有限元分析软件ANSYS对冰荷载作用下的导管架平台模型进行瞬态动力学分析,进而对动力响应信号进行Hilbert-Huang变换,得到信号的固有模态函数(IMF)和Hilbert能量边际谱,最后通过结构损伤前后Hilbert能量边际谱的变化构建损伤指标,分析对比不同损伤程度下该损伤指标的有效性,并探讨海冰的冰速、冰厚对该损伤指标的影响.研究工作可以为寒区导管架结构在冰振情况下的损伤识别研究提供借鉴和参考.     

抗冰海洋平台的全寿命优化设计II-算法与应用

针对抗冰海洋平台全寿命优化设计模型中的不同类型可靠度分析问题,提出了相应的计算方法,包括冰区导管架平台整体抗力和极值冰力响应的概率统计特性及整体可靠度的高效近似算法,基于首次超越破坏机制的海洋平台冰振动力可靠性分析,基于等效应力幅值近似计算的疲劳寿命分析等.最后.以渤海某抗冰平台为例,实现了全寿命总费用最小的抗冰海洋平台优化设计.结果表明,基于风险的全寿命优化模型比基于规范的静力设计和仅考虑动力的最优设计相比更加合理.     

导管架式一体化风机在冰载荷作用下的耦合响应研究

海上风电是世界上发展最快的可再生能源之一.寒区蕴藏着丰富的风能资源,设计和建造用于结冰海域的风电结构的关键要求是其应具备一定的抗冰性能.本文研究了全耦合导管架式海上风力发电机在冰载荷作用下的结构动态响应;在数值仿真软件FAST中建立了一体化风机数值模型,该模型包含其空气动力属性、水动力属性、机械属性和结构弹性属性;研究了导管架风机基础的直立桩腿和加装了抗冰锥体后的桩腿的抗冰性能差异;并计算分析了不同冰厚和冰速对于风机动态响应的影响.结果表明:海冰厚度越大,导管架底座的结构响应和振荡幅度越大;海冰速度越大,其结构响应和振荡频率越快;导管架桩腿在安装抗冰锥体后的结构响应和振荡幅度明显降低.本文还计算分析得到了抗冰性能最佳的锥体角度.     

抗冰海洋平台的全寿命优化设计Ⅱ—算法与应用

针对抗冰海洋平台全寿命优化设计模型中的不同类型可靠度分析问题,提出了相应的计算方法,包括冰区导管架平台整体抗力和极值冰力响应的概率统计特性及整体可靠度的高效近似算法,基于首次超越破坏机制的海洋平台冰振动力可靠性分析,基于等效应力幅值近似计算的疲劳寿命分析等。最后,以渤海某抗冰平台为例,实现了全寿命总费用最小的抗冰海洋平台优化设计。结果表明,基于风险的全寿命优化模型比基于规范的静力设计和仅考虑动力的最优设计相比更加合理。     

自升式钻井平台的抗冰性能评价

自升式钻井平台属于典型的柔性结构。由于冰与柔性抗冰结构相互作用的复杂性,长期以来尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计。结构抗冰设计中大都是从极端荷载出发,只考虑最大静冰力或最大倾覆力矩是否能推倒平台。基于对渤海辽东湾柔性抗冰平台的多年监测,发现强烈的冰激振动引起平台管节点疲劳失效、上部设施的非正常运行、作业人员不舒适等问题的风险性要远大于极端静冰荷载下结构的整体安全问题。文中基于多年现场冰与结构作用观测及冰荷载的研究成果,提出了柔性抗冰结构设计中应考虑的主要失效模式及评价方法。最后,以渤海某典型自升式钻井平台为例,对其抗冰性能进行评价。该文的研究可为寒区自升式平台的抗冰概念设计提供合理依据。     

冰区海上风电基础的抗冰性能分析

海上风电基础属于典型的柔性结构。由于冰与柔性抗冰结构相互作用的复杂性,长期以来尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计。结构抗冰设计中大都是从极端荷载出发,只考虑最大静冰力或最大倾覆力矩。基于对渤海辽东湾柔性抗冰结构的多年监测,发现强烈的冰激振动引起柔性结构的风险性要远大于极端静冰荷载下结构的整体安全问题。为了明确冰区风电基础结构的抗冰性能及抗冰设计的合理性,文章结合基于多年现场冰与结构作用观测及冰荷载的研究成果,明确该类柔性结构与海冰作用形式及其动力特性;提出了柔性抗冰结构设计中应考虑的主要失效模式及评价方法。最后,以渤海某典型风电基础为例,对其抗冰性能进行评价。该文的研究可为寒区风电基础的抗冰设计及安全保障提供合理依据。     

Research on short-term dynamic ice cases for dynamic analysis of ice-resistant jacket platform in the Bohai Gulf

Jacket platforms in the Bohai Gulf are often victims of random ice-induced vibrations. Their design originally did not account for dynamic ice loading on the jacket structures and significant ice-induced vibrations have been observed during winters. So it is urgent to find out as to how to consider the dynamic ice loading in the design stage of an ice-resistant jacket platform in the Bohai Gulf. In this paper, based on the state-of-art developments of dynamic ice load and ice–structure interaction, the authors proposed two different approaches to determine the short-term dynamic ice cases for dynamic analysis of ice-resistant jacket platform in the Bohai Gulf, named as the failure probability-based approach and the expected loss-based approach. Considering the variation of the ice environments and the variability of ice-resistant structure's properties, the random ice spectrum and the pseudo-excitation method (PEM) are employed to improve the efficiency of the procedure. Through finite element method (FEM) modeling of the real ice-resistant jacket platforms in the Bohai Gulf, such as MSW, MUQ and NW, the characteristics of the two proposed approaches have been investigated and compared. This paper provides an open and universal framework to assist designers and owners for determining the short-term dynamic ice cases in the Bohai Gulf, in which more information can be considered in the procedure to update and modify the results if available.     

锥体海洋平台结构冰荷载的离散单元分析

在冰区油气开发中,锥体结构可以有效降低冰力,避免强烈的冰激振动,是目前渤海油气平台的主要结构形式。为研究海冰与锥体结构的相互作用过程,文章建立了适用于模拟海冰破碎特性的离散单元模型。该模型将海冰离散为若干个具有粘接-破碎功能的颗粒单元,并通过海冰弯曲试验确定了单元间的粘接强度;然后对海冰与锥体结构的作用过程进行了数值计算,获得了相应的动冰荷载及冰振响应;在此基础上讨论了不同锥角影响下冰荷载及结构振动响应的变化规律。结果表明,水平方向冰荷载及结构冰振响应随锥角的增加明显增加,而竖直方向冰荷载则显著降低。该离散单元模型还可进一步应用于不同类型抗冰结构的冰荷载分析,有助于解决冰区结构物的抗冰结构设计和冰致疲劳分析。     

冰区航行船层冰作用下的结构响应

船冰碰撞是一个复杂的动力学过程,如何得到碰撞中的冰载荷一直是船舶碰撞研究领域的热点之一.本文分别建立300000 t冰区航行船和层冰的有限元模型,基于弹塑性理论及非线性有限元理论,利用MSC.Dytran对其碰撞进行数值仿真,模拟了船首及层冰的接触碰撞过程,最终得到船冰碰撞过程中的碰撞力、船首结构响应、船航速变化及能量耗散等参数.分析船冰碰撞过程中的碰撞机理及特性,并对冰区航行船特别是其船壳提出结构加强的建议,为设计冰区航行船提供一定的参考.     

海上风机导管架基础钢管桩稳桩平台结构强度分析

海上风机导管架基础钢管桩沉桩施工通常需要专门的稳桩平台辅助进行。结合作业工艺要求、海洋环境条件和相关规范,对钢管桩稳桩平台进行结构设计。采用SESAM软件和ANSYS Workbench软件分别对稳桩平台整体结构强度和吊耳局部结构强度进行计算分析,并根据规范对计算结果进行评估。结果表明,稳桩平台整体结构强度和吊耳局部结构强度均满足规范要求。该计算分析方法同样适用于海上升压站导管架基础、海上单桩基础稳桩平台或其他类似导管架结构的强度评估。     

基于灰预测和粗神经网络的海洋平台逆控制研究

导管架式海洋平台在随机波浪等外载荷作用下极易产生有害振动,且其动力响应具有极强的非线性和时变性,采用被动控制方法和基于精确数学模型的主动控制方法控制海洋平台的有害振动很难达到理想的控制效果.为此文中将灰预测和粗神经网络相结合,提出了一种基于灰预测和粗神经网络的预测逆控制方法,并将其与动态刚度阵法相结合用于导管架式海洋平台的振动主动控制中.数值算例分析表明此种控制方法可有效地控制波浪和风载荷作用而引起的导管架式平台的有害振动,并能解决由于控制信号传输等原因引起的时滞问题.     

基于层次分析和灰色聚类法的老龄导管架平台安全评估

为延长老龄导管架式海洋平台的使用寿命,对其进行安全评估具有重要意义.文章以渤海湾的一个老龄导管架平台为分析对象,建立了包含多重风险因素的安全评价指标体系,该体系包括三个层次:目标层,一级指标层,二级指标层.目标层包含3个一级指标:海洋环境,结构状态和人为因素.每个一级指标又分为3个二级指标.每个指标的权重通过层次分析法来计算以消除主观因素的影响.采用灰色聚类法定性和定量地评估导管架平台的失效风险.将风险评估标准分为5个等级,确定对应5个灰类的白化权函数.每个二级指标的灰色权向量由表上作业法计算得到.通过逐级计算,目标层的灰色评价值最终由灰色评价权向量单值化计算,灰色等级通过极大值原理确定.评价结果显示该老龄导管架平台失效风险等级是中等的.文中提出的安全评估方法是合理可行的.     

Finite element simplified fatigue analysis method for a non-tubular joint of an offshore jacket platform

This paper proposes the finite element simplified fatigue analysis method for fatigue evaluation of the composite non-tubular joint structure of an offshore jacket subjected to wave loads. The skirt pile sleeve of the offshore jacket, which had been in service, was taken as an example of the non-tubular joint structure. SACS software was used for global analysis of multi-directional wave loads for the jacket platform, and ALGOR software was used to build a finite element model, perform finite element analysis, post-process stress results for acquiring the stress range, and perform fatigue evaluation. The analysis results indicate that the extreme stress range is within the allowable stress range and meets the requirements of DNV code. That means the simplified fatigue analysis method is effective and can be used in fatigue design for the non-tubular joint structure of an offshore jacket.