托管架结构的动力响应分析

S型铺管法的铺管船、管道与托管架之间存在很强的动力耦合作用,难以依靠理论或数值方法准确地得到管道对托管架的动力作用。因为设计荷载的未知,托管架在铺设时的动力响应也难以确定。本文提出了一种能够分析托管架动力响应的方法,利用模型试验测量托管架的托辊动荷载,并建立原型托管架的有限元模型,将托辊动荷载及船体运动作为时域分析的荷载和边界条件引入有限元模型,并根据工程规范对托管架的动强度和动刚度分别进行了验证。     

动力定位作用下S型铺管作业耦合运动分析（英文）

文章建立了S型铺管船的船体、托管架和管线动态耦合模型。考虑了海浪、风和海流载荷作用下以及动力定位系统的控制下,分析时域内管道对船舶运动和受力特点的影响。主要包括:建立起重铺管船的动力定位运动模型,建立基于碰撞-接触原理的V型托辊和托管架模型,设计具有PID伺服系统的张紧器模型,提供连接托管架和船尾的非线性弹性铰接模型。进行时域动态模拟得到结果,通过与非铺管作业工况下的运动响应的对比表明,管线对船舶横摇运动影响较大,对纵摇和垂荡运动有一定程度的影响;管道对船舶纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的受力影响极大。     

动力定位作用下S型铺管作业耦合运动分析

文章建立了S型铺管船的船体、托管架和管线动态耦合模型。考虑了海浪、风和海流载荷作用下以及动力定位系统的控制下,分析时域内管道对船舶运动和受力特点的影响。主要包括：建立起重铺管船的动力定位运动模型,建立基于碰撞-接触原理的V型托辊和托管架模型,设计具有PID伺服系统的张紧器模型,提供连接托管架和船尾的非线性弹性铰接模型。进行时域动态模拟得到结果,通过与非铺管作业工况下的运动响应的对比表明,管线对船舶横摇运动影响较大,对纵摇和垂荡运动有一定程度的影响;管道对船舶纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的受力影响极大。     

千米级水深铺管船托管架铰支座改造设计研究

本文简要介绍了海洋石油201铺管船在千米级水深铺管工况下的船体强度校核及托管架铰支座改造设计方案。为适应千米级水深海底管道铺设作业的使用要求,遂对正常铺管工况(空管)、极端铺管工况(管道进水)和生存/待命工况下的船体及托管架铰支座结构强度进行有限元分析,其结果显示在船体与托管架铰支座连接处的结构存在应力超值的情况,不满足规范要求。因此,需对托管架铰支座及附近的船体结构进行加强改造设计,使船体及铰支座结构强度均满足规范要求,满足千米级水深海底管道铺设的使用要求。     

作业状态下铺管船托管架联合体的水动力性能研究

本文将铺管船托管架联合体为研究对象,对100%装载铺管和10%装载铺管两个极限工况进行数值模拟计算。以此为数据基础,对铺管船铺管作业期间多个浪向下的水动力性能进行研究。通过多海况多浪向下的船舶运动计算结果对比,详细分析托管架对铺管船水动力性能的影响。结果托管架对于船体的垂荡运动的影响较大,并随浪向的变化而不同。且加装托管架后,船体的横摇运动大幅减弱。     

基于频域的S-lay托管架疲劳分析

根据船体随机荷载对托管架的影响,用等效质量的方法将托管架-管道进行解耦,用虚拟激励法建立船体随机运动作用下托管架的虚拟动力学方程,并将虚拟激励法的平稳随机振动分析转化为简谐振动分析,利用ANSYS求解,应用Dirlik方法得到托管架的疲劳寿命,提出在频域内利用ANSYS和虚拟激励法对托管架进行疲劳寿命评价的方法。     

基于管道极限承载能力分析的深水S型铺管托管架基本设计研究

S型铺管托管架是铺管系统中的重要装备,起到支撑管道和引导管道入水的作用。其基本设计流程是一个复杂的循环过程,涉及铺管船推进力、张紧器张力、待铺设管道的尺寸和铺设水深等诸多参数的平衡和优选。本文基于下弯段管道在弯曲、拉伸和外压综合荷载作用下的极限承载能力分析,求解了铺管船推进力和张紧器拉力,并以此为边界条件推导了托管架长度的参数公式。以2500米水深铺设12英寸管道为例计算了所需的托管架曲率半径和设计长度,该计算方法可为S型铺管船托管架的基本设计提供参考。     

某起重铺管船航行中的托管架绑扎校核与结构分析

基于MOSES软件,建立某起重铺管船的船体模型及船体-托管架模型,计算船体-托管架在极限工况下的运动响应,得到船体-托管架的响应幅值算子(Response Amplitude Operator, RAO)值,将RAO值导入结构分析计算机系统(Structural Analysis Computer System, SACS)进行船舶航行中的托管架绑扎校核与结构分析。计算结果显示,在极限环境条件下,该船的稳性、总纵强度及艉部托管架结构均满足航行安全要求。计算方法可为同类船舶的航行安全提供参考。     

基于Workbench-AQWA的铺管船托管架结构时程分析

选择上海振华重工设计制造的用于铺设海底管道铺管船托管架作为研究对象，通过AQWA软件得到铺管船与托管架的运动响应幅值算子（RAO），并通过时域分析计算铺管船与托管架在实际海况下的波浪载荷和加速度时程；采用OFFPIPE软件对不同管径、水深的管道-托管架模型（线-点模型）进行动态铺设分析并得到托辊反力；根据托管架受载的特点，以加速度时程作为托管架的载荷条件对其进行结构时程分析，对比在规则波与不规则波海况下的应力水平。研究成果为后续托管架设计奠定基础。     

深水S型铺管的管道形态与内力计算程序开发

深水海底管线的铺设主要采用S型铺管的方式，在铺管船船尾设有托管架以支撑和保护管道，并控制管道入水的角度，保证管道安全。依托某深水铺管船项目，根据S型管道的特点，将其分为上弯段、中间段和下弯段三部分进行力学分析；利用MATLAB软件编写程序，计算不同铺设工况下的管道形态和内力，以OFFPIPE的计算结果为参照，验证本程序的可靠性和准确性。针对在实际铺管过程中并不能保证管道与每个托辊都接触的问题，在程序中设定指定托辊不接触的情况。计算结果表明，该工况下管道在后一个托辊处将受到较大弯矩作用，可能引起失效，应引起关注。     

铰连接在深水S型铺管中的应用

为了能够在S型铺管过程中将管线、船体和托管架三者作为一个整体进行耦合分析,使用势流理论用于计算船体受到的波浪力,广义弹性接触面法模拟托辊与管线之间的接触,采用带有铰接刚度的铰连接来模拟管线的上弯段,集中质量法用于模拟管线的中垂段和下弯段。通过时域全耦合方程将整个系统联立求解,并将这种方法的结果和未考虑上弯段管线接触的结果与实验值进行了对比发现:新计算方法能够使管线受力和船体运动都更为接近于实际值。对管线张力进行了谱密度分析,得到了对管线张力作用较大的频谱范围,为其在不同海况下的适应性提供了技术参数。     

S型铺管中上弯段管道受力研究

在使用S型铺管法铺设海底管道过程中,位于托管架上的管道(简称为上弯段)因受到较大的张力、弯矩及托管架的支撑反力作用,容易发生局部屈曲破坏。文中将托管架简化为连续型和滚轮支撑型两种,对连续型托管架上的管道进行了理论研究,并利用非线性有限元方法模拟了滚轮支撑作用下海底管道的受力状态。然后以12英寸管道为例,将两种托管架上的管道应变分布进行了对比。结果表明在连续型托管架上管道应变是一条直线;而滚轮支撑托管架上应变为波浪线,在滚轮作用处较大,滚轮之间较小。而且,应变随着张力的增大而增大,随托管架半径的增大而减小。     

深水海底管道S型起始铺设中海管的完整性评估

以中国南海荔湾深水气田开发项目为依托,以具备动力定位的HYSY201作为铺管船,开展深水海底管道S型起始铺设过程中海管的结构完整性评估。采用海管、铺管船、起始缆、起始端PLET和辅助浮筒系统耦合动态分析方法,通过合理设计托管架半径、海管离去角、海管铺设张力以及作业气候窗,使得在整个起始铺设和正常铺设过程中,海管的Von Mises应力、结构应变以及局部屈曲均满足设计及规范要求。     

基于ANSYS的深水海底管道铺设受力分析

采用ANSYS11.0研究深水海底管道铺设过程中管道变形及受力。针对海底管道铺设边界的特殊性,提出了边界处理的新方法。根据管道在触地点处所受海底反力为零的假设,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)编程迭代,寻找出管道触地点;根据给定的托管架形式,迭代求出管道与托管架的分离点。利用pipe59单元模拟管道的大位移非线性变形,分析了张紧力、水平力、悬跨段弯矩、悬跨段长度及管道与托管架的分离角之间的关系,据此工程人员可以根据所要控制的悬跨段弯矩计算所需的张紧力和入水角。最后通过与OFFPIPE专用软件所得结果进行比较,说明方法的可行性与准确性。     

浅水铺管船托管架连接点损伤分析和优化设计

针对由特厚高强度钢板组焊而成的托管架连接点结构在实际工程中的损伤情况,文中通过对典型工况下铺管船托管架、铺设管线和船体的整体有限元分析及损伤区域局部有限元分析,利用ABAQUS/Explicit显式分析方法,对最大环境载荷及操作载荷下的构件进行应力分析和低频冲击载荷分析,探讨了结构变形和损伤产生的原因和设计的优化方向。     

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。     

深水铺管船托管架总装工艺探讨

托管架是深水管道铺设中的重要设备之一,结合深水铺管起重船托管架建造项目,针对托管架的装配特点,从托管架的制造精度控制、虚拟装配、吊装、工装设计等方面对深水铺管托管架的海上总装工艺进行了探讨,进而为大型结构物的海上装配提供了技术参考.     

基于OpenFOAM的船舶与液舱流体晃荡在波浪中时域耦合运动的数值模拟

波浪中载液船舶运动激励舱内液体的晃荡,舱内液体晃荡产生的冲击力同时作用在舱壁上,进而影响船舶的运动姿态。波浪中船体水动力和时延函数是在势流理论范畴下采用切片法和脉冲响应函数方法计算获得的,液舱内液体非线性晃荡是基于粘性流理论实时计算模拟,两者耦合建立了波浪中载液船舶与液舱流体晃荡耦合的运动方程。论文基于开源CFD开发平台OpenFOAM,自主开发实现了船体运动与液舱晃荡的耦合计算程序,并进行了相应的数值模拟计算和验证工作。该方法完整地考虑了波浪、船体和液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和粘性流理论,具有较高的计算效率。通过数值模拟计算和模型实验研究表明,数值模拟计算能够清晰显现出液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动计算结果与模型实验结果吻合良好。     

考虑铺设残余变形影响的管道屈曲分析

文章基于壳单元建立了精细的托管架—管道相互作用模型,模拟了S型管道铺设过程,研究了铺设过程中管道的塑性变形分布,评价了铺设残余塑性变形对管道屈曲压力的影响。研究结果表明在深水S型铺设中,管道会发生明显残余塑性变形,并削弱管道的后续屈曲承载能力。     

铺管船运动响应及对铺设管线的耦合作用

[目的]随着深海海洋资源的不断开发,铺管船在海底管道铺设任务中扮演着非常重要的角色,故有必要开展浅水铺管船提升作业能力的分析工作。[方法]以"中油海101"号铺管船作业能力提升实际工程项目为依托,运用SESAM和Orcaflex软件分析铺管船在增加作业水深时其铺设管道与船体及系泊系统的相互作用,包括管道和管道水下悬垂段对船体运动响应和锚链张力的影响、船体六自由度运动对管道张应力和弯曲应力的影响。[结果]结果表明:管道对船体运动和锚链张力的影响较大,管道水下悬垂段的长度对船体纵荡运动和锚链张力的影响较大,铺管船垂荡运动对管道受力的影响最大。[结论]研究成果可为浅水铺管船作业能力提升项目提供理论参考和评估依据。