自升式平台直管结构碰撞模型试验与仿真分析

随着海洋油气开发的日益深入,海洋平台作为主要的作业基地发挥着重要作用。然而平台在进行钻井与采油作业时,与供给船、守卫船等发生碰撞的风险较大,不仅危及自身整体安全性,亦会造成巨大的经济损失。开展自升式平台碰撞性能研究,揭示碰撞过程中的损伤变形机理,对更好地开展自升式平台耐撞结构设计具有重要意义。本文以自升式平台桩腿直管为研究对象,开展平台管结构的落锤冲击模型试验,探究不同冲击速度下直管结构的动态响应特征。同时,结合有限元仿真技术对落锤冲击过程进行数值模拟,得到碰撞力、塑性变形、跨中挠度等参数,并与试验数据对比分析,从而验证数值仿真模型化技术的准确性。研究结果表明,管结构模型试验记录的数据与数值模拟的结果吻合较好,均真实反应了管结构在受到侧向冲击载荷时的动态响应,验证了模型试验技术的准确性。同时就不同冲击速度下管结构的变形与受力规律可知平台桩腿管结构的耐撞性能。本文研究成果可以为大型平台结构碰撞性能提供试验技术支撑。     

自升式平台管结构碰撞损伤机理研究

文章以自升式海洋平台桩腿直管结构为研究对象,采用简化解析法和有限元数值仿真法对其在侧向冲击载荷作用下的变形机理进行了研究。文中首先基于前期试验,对管结构的变形模式进行了简化,并利用塑性力学理论求解出管结构的碰撞力与撞深解析表达式。然后利用有限元软件ABAQUS,对管结构的动态响应进行了数值模拟,将得到的碰撞力与撞深曲线与解析结果对比,以此验证文中解析方法的准确性。该文的研究成果可以为大型平台结构碰撞性能研究提供技术支撑。     

基于全耦合分析技术的折叠式夹层板船体结构碰撞性能研究

船舶碰撞事故往往会带来灾难性的后果,船舶碰撞性能以及耐撞结构设计方面的研究一直受到国内外学者的重视。本文基于全耦合数值仿真分析技术,以一多用途船舷侧结构为研究对象,设计出两种夹层板新式抗冲击舷侧结构,并对原结构和新式结构的碰撞性能进行比较。研究结果表明,新式舷侧结构发生损伤变形的区域较大,参与抵抗撞击的构件增多,损伤变形程度有所降低,且在总重量相当的条件下总吸能有大幅提高,可以有效缓解高能碰撞对结构的危害。     

“海洋069”号自升式风电安装平台成功交付

正日前,由中国船舶及海洋设计研究院(MARIC)设计,江苏韩通船舶重工有限公司为南通海洋水建工程有限公司建造的"海洋069"号自升式风电安装平台成功交付,之后,其将赴江苏大丰开始海上施工作业。"海洋069"号自升式风电安装平台的作业水深40 m、可变载荷1 500 t、配置一台500吨级绕桩式     

一种新的碰撞耗散能快速估算方法及其在船—平台碰撞事故中的应用研究

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需要考虑其抗撞性能.文章以海洋供应船撞击半潜式钻井平台为研究对象,基于碰撞外部动力学理论和DNV规范计算方法,计及平台艏摇运动响应的影响,提出了一种新的耗散能估算方法-DNV`R解析法.以非线性有限元船-平台碰撞数值仿真结果为参考,将该解析法与规范法、Zhang解析法及Liu解析法计算结果进行对比,研究得出:文中所提出的DNV`R解析法弥补了规范法较为保守且仅适用于对心碰撞场景的不足,计算过程简单、便捷,且计算精度与Zhang解析法和Liu解析法基本接近,能够满足船-平台碰撞耗散能快速估算的精度要求.     

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。     

半潜式海洋平台受浮冰撞击作用损伤分析

基于von-Mises屈服准则的冰材料模型,采用非线性软件Ansys/LS-DYNA建立某半潜式海洋平台受浮冰撞击的有限元模型。给定浮冰某一初始动能,从浮冰和海洋平台的耗能情况和平台立柱碰撞区域应力应变的关系分析平台的损伤状况,得出平台变形是主要的耗散能量的部分,并讨论碰撞过程中结构变形和平台振动响应的关系。最后通过不同的初始动能下碰撞研究,获取了平台碰撞力和初始动能的关系,随着动能的增加,碰撞力也随着变大,但是增加的趋势却越加平缓。     

十字隔板相对刚度对舷侧结构碰撞性能的影响

双层舷侧内外壁板之间十字隔板相对刚度对船体舷侧结构的碰撞性能影响很大.通过对船舶碰撞动力学特性的分析,合理地简化了计算模型,并引入了相对刚度的概念,采用改变十字隔板厚度来改变结构相对刚度的办法,进行了系列仿真试验.结果发现,十字隔板相对刚度会限制舷侧结构变形损伤模式,以至于显著地影响到整个舷侧结构的损伤变形、碰撞力及能量的吸收与转换,尤其是最为关键的舷侧内板的损伤与之关系密切.通过合理地调整十字隔板的相对刚度,在一定程度上可以实现对舷侧结构碰撞性能的优化设计,为船舶舷侧耐撞性设计提供依据.     

撞击参数对双层舷侧结构碰撞响应的影响

深入了解船体结构碰撞损伤特性和能量吸收机制是开展船舶耐撞性优化设计的前提。文章利用显式非线性有限元数值仿真技术对不同撞击条件下的双层舷侧结构碰撞响应进行了系列研究。研究结果表明：撞击位置、撞击角度和撞击速度的改变可能导致不同的碰撞损伤过程或结构损伤变形。     

一种新的碰撞耗散能快速估算方法及其在船—平台碰撞事故中的应用研究（英文）

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需要考虑其抗撞性能。文章以海洋供应船撞击半潜式钻井平台为研究对象,基于碰撞外部动力学理论和DNV规范计算方法,计及平台艏摇运动响应的影响,提出了一种新的耗散能估算方法-DNV`R解析法。以非线性有限元船-平台碰撞数值仿真结果为参考,将该解析法与规范法、Zhang解析法及Liu解析法计算结果进行对比,研究得出:文中所提出的DNV`R解析法弥补了规范法较为保守且仅适用于对心碰撞场景的不足,计算过程简单、便捷,且计算精度与Zhang解析法和Liu解析法基本接近,能够满足船-平台碰撞耗散能快速估算的精度要求。     

自升式平台悬臂梁强度分析与负荷试验研究

悬臂梁作为自升式钻井平台的关键结构,其强度直接关系到平台的安全性能。本文以某400英尺自升式钻井平台为研究对象,运用有限元软件MSC.Patran/Nastran对悬臂梁结构进行有限元计算,依据ABS MODU规范选取危险工况,对悬臂梁的结构强度进行校核,确定应力较大区域。同时,对悬臂梁的变形值进行数值计算,与该平台悬臂梁负荷试验结果进行比较,验证悬臂梁数值计算方法的可靠性,为悬臂梁结构设计以及负荷试验提供有力指导。     

基于BP神经网络的深水自升式海洋平台半主动控制方法研究

传统的主动控制算法依赖于精确的结构模型,为了克服这一缺点,文中结合线性反馈控制方法和BP神经网络,提出一种适用于深水自升式海洋平台的半主动控制方法.以一深水自升式海洋平台为例,对其在极端海况下结构振动响应的控制效果进行了数值仿真,分析了不同环境载荷参数和平台参数情况下该方法的鲁棒性能.仿真结果表明:BP神经网络半主动控制方法能够有效的控制自升式平台振动响应,同时具有很好的鲁棒性能.     

舰艏结构的碰撞损伤性能研究

船舶碰撞事故往往会引起被撞船的船体结构严重损坏,并且威胁船上人员的生命安全.在船一船碰撞中被撞船的损伤程度取决于两个方面:一是舷侧结构的碰撞性能;二是撞击船艏结构的相对刚度.船舶的艏部结构刚度一般远远高于舷侧结构的刚度,在船舶碰撞研究时,通常将撞头理想化为刚体,不考虑其损伤变形和能量吸收,这样做实际上过于保守.本文针对舰船,主要研究舰艏结构的碰撞损伤特性,将撞击舰艏作为可变形结构进行数值仿真研究,得到了一些艏部变形的规律.     

环境荷载共同作用下自升式平台地震响应分析

自升式海洋平台是海上施工的重要设备,其造价昂贵、设计复杂,承受着复杂的环境荷载作用。目前关于地震对其作用的研究还较少,有必要进行地震与风、浪、流等荷载对自升式平台的动力分析研究。文中在考虑流体附加质量及地基土体抗转效应的前提下,建立了适合动力分析的海洋平台计算模型,并利用弹塑性时程分析方法研究了其在地震及其他环境荷载共同作用下的动力响应。结果表明环境荷载作用方向对现役自升式海洋平台的抗震性能有着较大的影响,在平台结构抗震性能评估中应予以重视。     

基于网格变形技术的某船用球鼻碰撞性能研究

当石油运输船舶发生碰撞事故时,船侧破裂将会导致海洋环境污染,随着运输船舶的吨位日益增加,双层船壳设计已经无法满足船舶对抗碰撞性能的要求,在船首设计中采用球鼻结构成为船舶制造领域的研究热点。本文对船舶球鼻碰撞模型进行深入研究,利用网格变形技术对船用球鼻碰撞性能进行仿真实验。     

钻井立管坠物作用下自升式平台甲板损伤及结构优化

钻井立管重量大、穿透性强且需要频繁吊装,为避免由此造成重大事故,以某自升式钻井平台坠物高风险甲板区为研究对象,借助非线性有限元分析软件LS-DYNA对碰撞过程进行模拟。结果表明,甲板无法抵抗立管造成的冲击损伤。通过分析损伤过程提出改良结构抗坠物碰撞的方案。     

双壳船体结构在楔形物撞击下的损伤特性试验及数值仿真分析

[目的]船舶碰撞的后果往往是灾难性的,尤其是由双壳油轮碰撞或搁浅事故所造成的海洋生态灾难,多年都难以恢复。为评估双壳结构的耐撞性能,开展双壳船体结构在楔形物撞击下的损伤特性试验与仿真研究。[方法]首先,针对双壳体结构模型开展准静态碰撞实验;然后,利用有限元软件LS-DYNA对双壳体结构试验模型进行数值仿真。[结果]结果显示:试验和数值仿真结果在撞击载荷响应与变形破坏模式上吻合较好;双壳体结构内、外壳板的变形及破坏模式区别较大;内、外壳板之间的横隔板产生的塑性变形会延迟外壳板的断裂。[结论]所做研究可用于船体舷侧结构或船底结构在遭受碰撞或搁浅时的损伤性能评估。     

基于ANSYS的自升式海洋平台桩腿风暴自存工况动态响应研究

桩腿是支撑海洋钻井平台的关键构件之一,它的设计优劣直接关系到整个钻井平台的使用寿命。本课题主要对桁架式桩腿进行强度分析,在已经具有JU200自升式钻井平台的相关技术参数下,查阅相关资料,并基于Airy波和Stokes波理论确定了在风暴自存下的自升式海洋平台桩腿的风浪载荷的耦合载荷。根据桩腿的工况进行环境载荷的计算,确定和简化有限元模型的不同的边界条件,使用了ANSYS有限元分析软件及其参数化设计语言APDL对桩腿进行仿真。探讨研究自升式海洋平台桩腿工作环境载荷模拟的有效性与适用性以及自升式海洋平台桩腿结构响应模型的有效性,这对于安全评估、设计桁架式桩腿提供了一个有效的方法和工具。     

九十米水深储油自升式平台的沉垫设计

我国海洋石油开发中广泛应用自升式平台,将自升式平台的沉垫设计为储油舱,使其具有水下储油功能.对储油自升式平台的沉垫进行结构设计,在舱室布置中提出两种模式.根据环境载荷,应用ANSYS软件对结构进行强度校核.结果表明:结构各部分均满足规范关于强度的要求.同时经对比优选,两种舱室布置模式均可行,且不设浮力舱更合理.     

船舶舷侧结构耐撞性分析

为研究船舶舷侧结构的碰撞损伤过程,采用非线性动态响应分析方法,使用ANASYS/LS-DYNA显式动力分析软件,对船艏和船舷垂直碰撞过程进行数值仿真,获得了碰撞力、能量吸收和结构损伤变形的时序结果。为了分析船舶舷侧结构耐撞性能,本文对比了常见油船、新型Y型和X型舷侧结构的仿真过程,结果表明新型舷侧结构在整体的耐撞性能上优于传统的舷侧结构,承载构件的不同也会对结构的耐撞性产生很大的差异。