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。     

北海恶劣海况下半潜钻井平台总体屈服及屈曲强度分析

针对在北极及北极圈极寒恶劣海域工作的半潜式钻井平台总体强度问题,利用DNV专业软件SESAM对国内首座入级DNV船级社的自主研发基础设计项目——半潜式钻井平台进行总体强度分析。计算结果表明:平台总体强度情况满足要求,需要对局部连接处进行细化分析,根据强度利用率认为局部结构可以进一步优化。     

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。     

三立柱高效半潜式生产储油平台船体结构设计

半潜式平台作为典型的浮式平台之一,广泛应用于海上石油的钻井和生产。以三立柱高效半潜式生产储油平台为目标平台,通过该平台进行半潜式平台总体结构设计、船体结构规范设计和总体强度分析。在该平台的船体结构设计过程中,首先应用先进的水动力理论对平台进行分析,优化外形和主尺度,再根据ABS和DNV等规范编制出计算表格和小程序进行平台船体结构的主尺度设计,之后根据规范设计得来的船体结构参数进行总体强度计算,最后根据有限元分析计算结果确定船体结构。整个设计过程和所取得的成果对相同类型的浮式平台有一定的参考价值。     

撑杆结构形式的变化对半潜平台性能的影响

以三种不同撑杆结构形式的半潜式平台为研究对象,采用Morison公式和三维势流理论相结合的方法,依托SESAM软件分别进行了垂荡响应运动、波浪载荷预报和结构强度的对比分析。运用谱分析法确定设计波参数,确定中纵剖面的最大纵向剪切状态时波浪载荷最恶劣,建立三维有限元模型完成了平台的结构强度分析,并结合ABS规范校核了平台关键部位的屈服强度。论文开展的研究对半潜式平台的前期设计有一定的参考价值。     

基于不同国家规范的半潜式钻井服务支持平台风载荷计算及对比研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,对平台稳性起着至关重要的作用,同时也关系到平台结构的安全,确定平台在不同工况下的风力与风倾力矩值具有重要的工程意义.文中以半潜式钻井服务支持平台BT-3500 TSV为研究对象,采用中国船级社(CCS)、挪威船级社(DNV)和美国船级社(ABS)3种规范,对平台在4种典型工况下的风载荷进行了计算,对比了不同规范对风载荷计算结果的差异,分析和归纳了不同风向角下平台风倾力矩的变化趋势.     

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.     

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。     

半潜式平台结构分类规则

半潜式平台的结构分类直接影响到基本结构设计各区域的材料选择和检验类别。文章以烟台中集来福士已交付的几个半潜平台的结构分类图为依据,结合ABS、DNV及CCS三大船级社的规范要求,对半潜平台的结构分类规则进行总结,为同类型的半潜平台做结构分类提供借鉴依据。     

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。     

深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。     

半潜平台总体强度计算中的波浪工况研究

半潜平台总体强度分析中,全面考查对平台最不利的波浪工况对其安全性非常重要。根据规范和相关研究成果,同时结合对半潜平台结构特性的分析,得到一系列危险波浪载荷工况,采用设计波谱分析方法对目标平台进行水动力载荷预报和结构响应计算。结果表明目标平台的最危险控制工况是使平台产生横剖面最大水平扭转的斜浪工况,且该工况在规范推荐考察的工况之外,研究成果可为类似平台的总体强度分析提供参考。     

Comparisons of calculations with experiments on the ultimate strength of wide stiffened panels

Five specimens of wide stiffened panel with four stiffeners under axial compression until collapse are studied with a nonlinear finite element analysis and Common Structural Rules to compare with the experimental results. The stiffened panel models have two longitudinal bays to produce reasonable boundary condition at the end of edges. Tension tests have been conducted to obtain the material properties of the steel that are used in the finite element analysis. Three boundary condition configurations are adopted to investigate their influence on the collapse behaviour of the stiffened panels. A displacement transducer was used to measure the initial geometrical imperfections of the stiffened plates. The collapse behaviour of the stiffened panels is analysed in finite element analysis with the measured initial imperfections and with nominal imperfections. An equivalent initial imperfection is validated for the ultimate strength of stiffened panel under compressive load until collapse for the panels under consideration. With the same imperfection amplitude, the shape of the column-type initial deflection of stiffeners affects significantly the collapse shape, but only slightly the ultimate strength and the mode of collapse of the stiffened panels. The 1/2 + 1 + 1/2 bays model with restrained boundary condition BC3 gives an adequate FE modelling and is possible to be fabricated in experiment.     

Wave load computation in direct strength analysis of semi-submersible platform structures

A wave load computation approach in direct strength analysis of semi-submersible platform structures was presented in this paper. Considering the differences in shape of pontoon, column and beam, the combination of accumulative chord length cubic parameter spline theory and analytic method was adopted for generating the wet surface mesh of platform. The hydrodynamic coefficients of platform were calculated by the three-dimensional potential flow theory of the linear hydrodynamic problem for platform with low forward speed. The equation of platform motions was established and solved in frequency domain, and the responses of wave-induced loads on the platform can be obtained. With the interpolation method being utilized, the pressure loads on shell elements for finite element analysis(FEA) were converted from those on the hydrodynamic computation mesh, which pave the basis for FEA with commercial software. A computer program based on this method has been developed ,and a calculation example of semi-submersible platform was illustrated. Analysis results show that this method is a satisfying approach of wave loads computation for this kind of platform.     

Ultimate strength of container ships subjected to combined hogging moment and bottom local loads,Part 2: An extension of Smith's method

This paper is the second of two companion papers concerning the ultimate hull girder strength of container ships subjected to combined hogging moment and bottom local loads. The nonlinear finite element analysis in Part 1 has shown that local bending deformation of a double bottom due to bottom lateral loads significantly decreases the ultimate hogging strength of container ships. In this Part 2, extending Smith's method for pure bending collapse analysis of a ship's hull girder, a simplified method of progressive collapse analysis of ultimate hogging strength of container ships considering bottom local loads is developed. The double bottom is idealized as a plane grillage and the rest part of the cross section as a prismatic beam. An average stress-average strain relationship of plate/stiffened plate elements employed in Smith's method is transformed into an average stress-average plastic strain relationship, and implemented in the conventional beam finite element as a pseudo strain hardening/softening behaviors. The extended Smith's method is validated through a comparison with nonlinear finite element analysis.     

平台支撑的潜艇平面舱壁的极限强度分析

借助国际通用的大型非线性有限元分析软件,对潜艇内部以加强平台取代水平横桁的平面舱壁结构的极限强度进行了非线性的有限元分析.阐述了单元及网格尺度的选择和求解控制策略;求得了结构的应力、应变分布规律;以及探讨了结构极限承载能力、破坏模式、塑性破坏机理.模型试验结果表明,试验值与有限元分析计算值吻合良好.