张力腿平台总强度分析关键技术研究

张力腿平台总强度分析是确定在危险工况及环境载荷下平台的结构性能,对平台服役期寿命、安全运行至关重要。文中针对张力腿平台独有的特点,深入研究了张力腿平台总强度计算载荷及工况、张力筋腱的模拟和腐蚀余量,以及安全系数的选取等关键技术;采用有限元法对某深水张力腿平台波浪载荷与总强度进行计算,根据应力结果确立了该类平台总强度主控工况、载荷传递路径与关键结构,同时结合该类平台特点分析设计波的确定以及考虑张力筋腱刚度影响的边界条件设置方法。     

考虑腐蚀磨损的全生命期内锚链极限强度和疲劳演变分析

系泊锚链在海洋环境中会受到整体腐蚀以及链环磨损的影响，在环境载荷的作用下极易出现疲劳破坏和极限破断问题。本文以无档锚链为研究对象，根据南海典型海况建立考虑腐蚀磨损的系泊锚链关键位置全生命期的损伤模型；提出考虑腐蚀磨损的系泊锚链极限强度演变评估方法，采用有限元法计算锚链极限破断张力；提出考虑腐蚀磨损的系泊锚链OPB疲劳损伤评估方法，利用热点应力集中系数根据张力时程曲线和转角时程曲线，采用雨流计数法进行疲劳损伤演变评估，分析磨损和腐蚀损伤对锚链性能的影响。计算结果表明，锚链的腐蚀和磨损导致极限破断张力不断下降，疲劳损伤逐渐加剧，是锚链生命周期性能评估不可忽视的因素。     

高桩码头桩基在倾斜泥面中的水平承载性能研究

现有的高桩码头设计方法在进行桩基水平承载力计算时都是基于普通天然地基的水平泥面假设，而对泥面倾斜情况下，桩基的水平承载力计算至今没有一套成熟的计算方法可循。为揭示高桩码头排架在斜坡面上的工作机理。本项目通过室内模型试验系统地研究了单桩在斜坡面上的水平承载特性。通过对室内模型试验结果分析，提出了基于泥面水平时桩基水平受力性能来确定不同泥面坡度下桩的水平承载性能的修正计算公式，包括桩身最大弯矩、最大弯矩点位置、桩顶位移、泥面位移以及考虑泥面坡度和桩入土深度的土弹簧刚度修正公式．对于处于倾斜泥面的高桩码头桩基设计计算提供了理论依据。     

Truss Spar平台总体结构强度分析

在南海百年一遇海况条件下,综合考虑风、浪、流载荷的联合作用,在频域范围内计算平台的纵摇和横摇极值响应以及锚缆的张力。根据不同浪向下的结构应力谱分析确定的设计波参数,基于三维势流理论和Morison公式计算一阶波浪力,采用规范推荐的公式计算风、流载荷。在准静力条件下,根据ABS规范推荐的强度准则,针对精细化的混合有限元结构模型进行总体强度分析。     

500 m水深张力腿平台总体运动性能分析

为了验证张力腿平台在中国南海500 m水深下的环境适应性,采用时域耦合分析的方法分析500 m水深下张力腿平台的总体运动性能,重点分析张力腿平台关键运动参数,如平台水平位移、升沉运动、气隙和筋腱张力等,基于模型试验修正的数值分析,结果表明,张力腿平台在南海500 m水深下具有良好的运动性能,可以满足作业要求。     

张力腿平台系索响应研究

利用三维绕射理论计算平台主体波浪力 ,对张力腿平台的总体响应进行了分析研究。在此基础上 ,系索被模拟成一空间有限元结构 ,在系索的顶端施加平台的运动以及系索张力 ,对系索进行了极限响应分析和系索疲劳可靠性分析。在极限响应分析中 ,对系索分别进行了静力和动力分析。动力分析在频域内进行 ,得到了系索应力的传递函数 ,并对其进行长期预报得到极限工况下的系索应力。系索疲劳可靠性分析建立在系索频域响应的基础上。假设波浪载荷的长期分布是由 k个短期海况组成 ,且每一海况中的应力范围的短期分布服从 Rayleigh分布。利用系索的应力传递函数得到每个短期海况的应力谱。然后 ,采用 Miner线性累积损伤模型 ,对系索结构进行了疲劳可靠性分析 ,并考虑了平均应力的影响以及进行了雨流修正。     

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。     

张力腿平台在随机波浪中的耦合运动响应研究

文章研究了张力腿平台在随机波中长期海况下的耦合响应。推导了振动微分方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵和运动坐标系下张力腿平台波浪外荷载。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,运用龙格-库塔法对运动微分方程进行了数值求解。海浪谱采用Jonswap谱,随机波采用蒙特卡罗法来模拟,对不同海况下张力腿平台耦合动力响应、张力腿张力变化进行了能量谱分析。并且比较分析了不同浪向角、不同谱峰周期对平台运动响应的影响。对考虑耦合与不考虑耦合张力腿平台响应进行了比较。     

考虑颤振效应的超大型集装箱船极限强度

砰击颤振会威胁船体的总纵强度,本文先依据海况对响应贡献率最大的原则确定计算海况,然后计算得到一艘超大型集装箱船的波浪载荷时历,并采用Weibull、Gumbel以及GEV(Generalized Extreme Value distribution)分布拟合得到载荷短期极值沿船长的分布且校核了目标船的极限强度。本文通过短期极值Weibull、Gumbel分布拟合的结果与载荷的规范计算结果对比,发现有必要在考虑砰击颤振效应下利用波浪载荷直接预报结果校核目标船结构强度。     

风浪流联合作用下大型船舶靠泊过程动力学分析

参考宁波市北仑港的实际环境条件和某油船的具体参数,结合该船靠泊时的布缆方式,利用Orcaflex建立其靠泊时系泊状态下的动力学分析简化模型。通过调节不同海况下的风浪流参数,实现对该油船靠泊时系泊状态下的动力学分析,得到油船系泊状态下不同海况中的船舶碰撞力、系泊缆张力等;对比分析不同系泊缆索的张力变化,确定最小碰撞力和系泊张力的大小与方向。结合计算结果,给出大型船舶靠泊过程的优化设计方案。     

半潜式平台结构屈曲强度评估

半潜式平台是海洋工程领域重要的浮式装置,采用直接计算法对某半潜式平台结构的屈曲强度进行了评估.首先,对半潜式平台结构进行有限元模型化,然后根据海况不同将静水、正常工作和风暴自存三种状态划分为48种计算工况,利用频域内的三维线性水动力理论和设计波法计算半潜式平台在各工况下的波浪载荷,同时考虑各工况下的莫里森力、风载荷、锚链预张力、吊车载荷和钻井载荷等载荷,进而计算平台在48种工况下的应力响应.最后根据ABS规范对平台结构进行屈曲强度校核.结果表明,屈曲强度是平台结构强度的重要指标之一,应在设计时给予合理评价,评估结果可为半潜式平台设计开发提供参考.     

考虑颤振效应的超大型集装箱船极限强度

砰击颤振会威胁船体的总纵强度。依据海况对响应贡献率最大的原则确定计算海况,而后计算得出某超大型集装箱船的波浪载荷时历,并采用Weibull、Gumbel及GEV分布拟合得到载荷短期极值沿船长的分布且校核目标船的极限强度。将短期极值Weibull、Gumbel分布拟合的结果与载荷的规范计算结果进行对比,研究表明,有必要在考虑砰击颤振效应的工况下,利用波浪载荷直接预报结果校核目标船的结构强度,为后续研究提供参考。     

基于AQWA的S-Spar平台动力响应分析

为了研究深水极端海况下带螺旋板的S-Spar平台的动力响应性能,基于三维势流理论和波浪的绕射/辐射理论,结合水动力分析软件AQWA,在频域内计算了单位波幅规则波作用下螺旋板导程分别为120 m、90 m和60 m的平台的动力响应,得到平台的附加质量、阻尼和运动RAO等水动力参数;基于频域分析结果,考虑随机波浪荷载及风、流的共同作用和系泊缆是否破断的工况,计算了系泊于1 500 m水深的螺旋板导程为120 m的平台在极端海况JOHNSWAP谱作用下的动力响应,并与不带螺旋板平台的动力响应进行了对比.分析结果表明:不同螺旋板导程的平台垂荡方向上的附加阻尼差异较大;在极端海况下,螺旋板导程为120 m的S-Spar平台的运动响应满足要求;螺旋板存在时会大幅增加平台的首摇运动幅值,忽略螺旋板可能会高估平台的首摇运动性能;不带螺旋板的平台的系泊缆张力幅值偏大,忽略螺旋板可能会高估系泊缆的极限张力.     

不同海况条件对某型号散货船轴功率修正值影响规律研究

根据国际海事组织第62次会议相关规定时限,新造船舶的能效指数(EEDI)进行强制测量和计算,而EEDI计算的核心参数是修正试航船舶的航速和轴功率。文章主要利用当前常用的修正计算理论对某型号散货船试航的实测航速和轴功率进行修正计算,同时改变风速、浪高、浪的入射角等海况参数,采用相关修正计算数学模型,对船舶在不改变航速的条件下对应的轴功率修正值进行计算分析,并总结各海况参数对船舶轴功率修正值的影响规律。     

波浪对穿浪双体船摇荡运动的影响

穿浪双体船作为一种新船型,逐渐在近海高速客运领域中发挥重要作用。研究穿浪双体船在不同海况条件下的摇荡运动规律具有重要意义。本文采用修正切片法计算某穿浪双体船的纵摇、垂荡以及横摇运动的幅值响应函数,并采用谱分析的方法统计计算其在不同海况条件下的摇荡运动规律,通过零航速时计算结果与试验结果的比较,验证了本文计算方法的正确性。最后,对本文计算对象在不同海况条件下的摇荡运动规律进行了分析。     

深水大直径嵌岩钢管桩施工期风险分析

对施工期深水桩基作了基于位移的可靠度分析,采用蒙特卡洛有限元方法,计算得到桩基随地基基床系数、嵌岩深度、桩长、桩径、桩身弹性模量、桩身重度及桩顶水平荷载等参数变化的失效概率;结合可靠度计算的结果,采用模糊数学理论对桩基直接经济损失进行分析,计算得到桩基发生不同程度损失的概率,较全面系统地对施工期的深水桩基工程进行了风险分析。     

基于AQWA的半潜式平台动力特性分析

依据三维势流理论并利用ANSYS AQWA软件对某半潜式平台进行建模。分析平台在恶劣海况下的水动力性能,并运用时域耦合的分析方法的得到了平台运动的时历曲线,同时对平台系泊锚链的系泊强度进行了校核计算。结果证明平台在恶劣海况下可安全有效的工作,本文的工作对于半潜式平台的相关设计有一定的参考意义。     

考虑风浪流的TLP张力腿张力响应规律分析

文章研究了张力腿平台在风浪流中的张力腿的张力变化规律。推导了微分方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵和运动坐标系下张力腿平台波浪外荷载。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,运用龙格—库塔法对张力腿平台耦合运动微分方程进行了数值求解。对不同海况下和不同浪向角下张力腿平台张力腿张力变化进行了能量谱分析,并在上海交通大学海洋工程国家重点试验室中通过缩尺比为1:40的模型对数值模拟的结果进行了试验验证。比较了考虑风和流以及不考虑风和流的结果。     

铺管船过桥支撑结构强度评估

过桥装置是一种非常重要的安全设备,通常安装在铺管船或钻井平台上。过桥装置主要用于海洋工程设施间的人员通行,还可以用来支撑燃油、水、泥浆等输送管线。在复杂的工况中,这种装置除了承受工作载荷外,还要考虑不同海况下的环境载荷。过桥具有牢固可靠的支撑是保障人员安全的基本前提。通过介绍铺管船过桥装置的特点及过桥装置支撑结构强度评估相关的主要要素,如设计载荷、设计工况、适用规范、有限元模型等。根据计算结果,对结构的屈服强度结果进行分析。同时,考虑到可能存在的结构失稳问题,还特别阐述了结构的屈曲强度评估。     

桩基地连墙码头结构新形式应用与研究

埃及塞德港集装箱码头二期工程成功应用桩基地连墙码头结构,项目设计过程采用三维有限元方法、考虑桩土相互作用进行结构计算,采用修正的竖向弹性地基梁法进行结构内力计算,整体稳定性计算考虑截桩力。项目在结构形式和设计计算方法方面均具有创新性。桩基地连墙组合码头结构,是介于桩基和地连墙结构间的新型结构,较适用于软弱土层较厚、具有陆上施工条件的大中型码头结构。