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.     

冰区海洋平台结构整体抗力及极值响应的概率统计特性

冰荷载是冰区海洋平台设计的控制荷载,极值冰力直接危害着平台结构整体的安全。文章以渤海辽东湾导管架海洋平台为例,考虑了海洋平台结构抗冰设计的各种不确定性;基于Pushover方法,得到了海洋平台结构的简化力学模型,分析了极值冰荷载下海洋平台结构整体抗力以及极值响应;并且采用K-S检验法,对结构整体抗力及极值冰力响应的概率统计特性进行了分析。结果表明,简化的海洋平台分析模型合理,并且结构抗力参数服从正态分布;而极值冰力下,结构顶点最大位移服从对数正态分布。以上结论可为研究冰区海洋平台整体安全可靠性分析提供参考。     

抗冰海洋平台的全寿命优化设计I-理论与模型

文章基于投资—效益准则,建立了抗冰平台全寿命总费用最小的优化设计模型;考虑了多种类型的性能要求(结构、设备、人员),并建立了相关判据;提出了包括结构的初始费用、维修费用和期望损失费用的冰区海洋平台全寿命总费用评估模型;提出了平台结构主要功能的确定及描述方法、相应的功能失效损失值估计模型。     

抗冰海洋平台的全寿命优化设计Ⅰ-理论与模型

文章基于投资-效益准则,建立了抗冰平台全寿命总费用最小的优化设计模型;考虑了多种类型的性能要求(结构、设备、人员),并建立了相关判据;提出了包括结构的初始费用、维修费用和期望损失费用的冰区海洋平台全寿命总费用评估模型;提出了平台结构主要功能的确定及描述方法、相应的功能失效损失值估计模型.     

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。     

渤海单立柱桶型基础平台冰振分析

桶形基础平台是一种新型的海洋结构,由于目前对该结构的研究集中在桶基失效及承载力方面,其抗冰振性能还很模糊。文章基于对渤海单立柱式桶基平台的多年现场监测,发现其冰振加速度响应显著,明显高于导管架平台结构。利用谱分析方法对一实际桶基平台进行了冰振疲劳寿命分析,计算结果表明,关键点疲劳寿命符合规范要求。最后,提出此类结构冰振抑制策略,为其结构抗冰设计提供依据。     

冰激自升式钻井平台的动力响应分析

由于冰荷载研究的限制,冰区自升式钻井平台尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计。为了合理地开展自升式平台结构的抗冰概念设计与安全评价研究,冰荷载下自升式钻井平台的动力响应分析是十分必要的。该文首先分析该类柔性结构在动冰荷载下的动力特性;其次,结合开展的自升式平台冰荷载模型实验研究,明确带齿条桩腿的自升式平台冰荷载作用形式;最后,对渤海某自升式钻井平台在典型冰况下进行冰振动力响应分析。文中的研究对冰区自升式钻井平台抗冰设计及冰振安全评估提供了合理的参考。     

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。     

基于裂纹扩展的海洋平台疲劳可靠性分析

文章基于裂纹疲劳基本理论,针对在役导管架平台出现初始裂纹状态下结构承载力进行分析,考虑结构损伤与腐蚀等因素,建立了典型导管架平台整体结构模型和局部子模型,分析了在该工况下平台整体结构的疲劳强度,并确定了平台结构的疲劳关键部位。采用几何应力外插法计算了热点应力,基于疲劳裂纹扩展的疲劳分析方法,计算了疲劳关键节点的疲劳寿命与疲劳可靠度。该方法能够为海洋平台结构的维护和保养提供一定参考。     

我国海上导管架平台抗冰锥体的设计实践

冰激振动是渤海重冰区导管架平台的主要危害.渤海重冰区导管架平台在腿柱上安装了抗冰锥体,基本解决了平台冰激振动问题.主要阐述了抗冰锥体的基本抗冰原理和设计方法,分析了渤海典型导管架平台抗冰锥体的设计实践,对渤海重冰区导管架平台和抗冰锥体的设计提出了建议.     

半潜式海洋平台抗冰性能分析

全球范围内,北极海底油气资源十分丰富。随着钻探技术的进步,加上易开采油气资源变少,北极地区的油气开采已经是势在必行。半潜式海洋平台拥有较强的抵抗极端环境的能力,在冰区不同的冰况下亦可操作。由于冰与不同结构物作用的复杂性,长期以来尚未形成关于半潜式海洋平台在海冰作用下的设计准则。本文通过对典型半潜式平台与海冰相互作用机理与冰载荷模型分析,提出了该类结构在海冰作用下的主要失效模式及评价方法。最后,以我国首座北极海域传统半潜式钻井平台为例,对其抗冰性能进行了评价,明确了半潜式平台在抗冰设计及安全保障中需要考虑的关键失效模式。     

渤海某新建升压站平台的抗冰性能分析

为了明确海上升压站平台设计中抗冰设计的合理性,以渤海某新建升压站平台为例,采用有限元数值模拟方法分析典型冰况下升压站平台的抗冰性能,与渤海典型的油气平台对比表明,动冰力下,结构的振动不明显,在极值静冰下结构具有很大的静力安全储备;新设计的升压站平台具有较好的抗冰性能。     

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。     

浮式抗冰平台设计理念及水动力特性研究

钻探极地地区近海石油和天然气资源对移动式离岸钻井平台的水动力性能、抗冰性能和作业性能有着极大的要求。本文主要介绍了浮式抗冰平台的设计方案,并结合当今最新一款半潜式抗冰平台的设计理念,分别从频域和时域分析的角度与传统的半潜式平台作对比,分析得出其具有优越的水动力性能,垂荡、横摇、纵摇运动响应都优于传统的半潜平台,为下一步抗冰性能分析及其关键技术的研究做基础,同时也给半潜式平台带来新的设计理念,为浮式抗冰平台的设计建造提供合理思路。     

舰船柴油机零部件全寿命周期主动可靠性研究

从全寿命周期主动可靠性在柴油机设计中的体现入手,依据疲劳累积损伤模型确定功能函数;通过循环调用计算可靠度指标等方法,确定指定寿命任意置信水平下的可靠度.以曲轴为例,考察了不同应力水平下疲劳寿命与可靠度之间的关系.提出了基于可靠度和经济性求解维修周期的策略方法,对于故障时间的分布符合Weibull分布的零部件,进行了预防维修计划的算例分析.结果表明,给出的方法既适用于柴油机概念设计阶段预定结构寿命下的可靠性设计,也满足柴油机在使用阶段对故障预报的需求,为维修决策提供支持.     

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。     

服役后期海洋平台剩余寿命可靠度预测方法

为保证服役后期平台在延寿服役期内的安全性,需要对其结构整体剩余寿命可靠度进行预测。因此,文章重点研究了在随机波浪载荷作用下平台部分构件动力失效和疲劳失效时,平台整体时变可靠度预测方法。采用Miner线性累积损伤理论和首次超越失效准则,计算平台构件的疲劳寿命可靠度和动力可靠度,搜索并删除失效概率较大的构件,运用波浪增量动力分析法找出平台结构所能承受的极限波浪载荷,再结合服役海域波浪统计资料,计算平台结构系统整体时变可靠度以预测其剩余寿命。文中算例表明了该方法的实用性和简便性。     

风电平台冰载荷数值分析

冰载荷是海洋工程中重要环境载荷之一，给冰区风电平台的安全带来严重威胁。传统有限元方法难以准确预测风电平台冰载荷，因此结合渤海地区海冰数据，通过仿真标定的方式确定数值分析参数。采用离散元与内聚力单元法对风电平台冰载荷进行分析，并进一步通过与有限元进行耦合，得出风电平台的高应力点与大变形位置。两种数值分析方法可为风电平台冰载荷分析与抗冰设计提供参考。     

海洋导管架平台抗冰振措施探讨

冰荷载对海洋结构物的威胁除了高荷载值外,更在于它显著的动力效应.冰激振动已引起多起灾难性的海工结构破坏事故.本文针对渤海海冰条件和结构条件,提出了一种简易的海洋平台抗冰振措施,即在平台导管架桩腿上设置弹性橡胶减振护层,用于改变冰载荷的动力特性.计算中将橡胶减振护层假设为附加在主体结构上的"弹簧-阻尼"子系统,子系统的刚度通过实体模型经ANSYS程序计算后得到.冰力曲线取概化后的锯齿状冰力时程曲线,以此冰力时程曲线用ANSYS程序对JZ20-2平台进行动力分析,得到设置橡胶减振护层前、后平台上层甲板不同的振动参数.经比较,得出设置橡胶减振护层后的减振效果,证明此法是一种简易、可行、经济的减振措施.     

基于遗传算法的隧道衬砌结构维修决策研究

针对隧道衬砌结构全寿命周期维修决策问题,以隧道衬砌结构时变可靠度最低值作为安全性优化目标,以全寿命周期费用作为经济性优化目标,建立了多目标优化问题的数学模型和约束条件。在此基础上,基于NSGA-II遗传算法和Knees搜索方法建立了隧道衬砌结构维修多目标优化问题的求解模型。数值算例结果证明该方法收敛性较好,可求解隧道衬砌结构维修多目标优化问题,能有效提高隧道衬砌结构的经济性和安全性。