半潜式平台结构疲劳特征研究

本文研究2种典型结构形式半潜平台在不同海域结构应力长期分布特征。对比中国南海典型波浪散布与墨西哥湾典型波浪散布特征,计算两海域平台结构应力响应,得到平台结构应力范围长期Weibull分布形状参数。中国南海典型环境条件对于双下浮体式半潜平台结构波浪应力长期Weibull分布形状参数不大于1,对于环形浮箱半潜平台结构波浪应力长期Weibull分布形状参数不大于1.05,为针对中国南海应用简化疲劳分析方法分析半潜式平台结构疲劳寿命提供依据。同时,计算得到两类典型半潜式平台在墨西哥湾典型环境条件下结构波浪应力长期Weibull分布形状参数值不大于0.8的结论,证实对于半潜式平台的疲劳设计,南海疲劳海况较墨西哥湾海况更恶劣。     

半潜平台波浪载荷不确定性及结构疲劳可靠性研究

在海洋平台结构疲劳强度分析的不确定因素中波浪载荷的不确定性对其影响较大,为了评估疲劳载荷计算过程中波浪载荷的不确定性文章建立了海浪谱型、波高、波浪载荷传递函数、平均跨零周期、海况发生概率和浪向等引起的波浪载荷不确定性的评估方法和公式.同时为了评估波浪载荷传递函数的不确定性进行了波浪载荷模型试验.重点对西北太平洋和中国南海的海况进行了分析计算,定量统计回归出西北太平洋的有义波高和平均跨零周期修正公式,以及中国南海不同季节海况和浪向分布规律对半潜平台波浪载荷和疲劳寿命的影响因子.最后根据波浪载荷不确定性以及结构疲劳分析中的其他不确定因素计算分析了半潜平台典型结构的疲劳可靠度.     

南海超大型抓斗疏浚船波浪载荷下结构强度评估研究

以一艘200方抓斗式疏浚船为例,阐述船舶波浪载荷长期预报和全船有限元直接计算方法。讨论不同波浪散布函数对船舶波浪载荷计算结果的影响。针对不同海域进行波浪载荷长期预报,通过对比分析得到南海海域波浪载荷水平,提出了南海工作船舶波浪载荷预报建议。在此基础上,对全船进行结构有限元分析,得到不同海域中全船结构应力水平,并对船体局部结构进行了优化,为在南海进行施工作业的疏浚船的设计提供参考。     

半潜平台结构疲劳寿命评估方法比较

为了研究各种疲劳评估方法对海洋结构物疲劳寿命评估结果的影响,利用S-N曲线方法和断裂力学方法分别计算了半潜式海洋平台的疲劳寿命,分析比较了二者计算结果的差别.同时比较了疲劳载荷预报中谱分析方法和设计波法的计算结果,分析研究半潜式海洋平台结构关键节点疲劳应力计算中设计波和载荷参数的确定方法,为半潜式海洋平台的疲劳寿命评估提供依据.经过比较分析,认为S-N曲线方法和断裂力学方法应用于评估海洋结构物疲劳寿命均是可行的,使用设计波法来计算半潜式海洋平台横撑与立柱交点处结构疲劳寿命时应该以60°浪向的横向扭矩为特征设计波浪载荷来决定设计波参数比较合理.     

深水半潜式钻井平台断裂力学疲劳寿命分析

采用断裂力学分析方法和谱疲劳分析方法对比深水半潜式钻井平台典型节点在南海典型海洋环境条件下的疲劳寿命,断裂力学分析中将平台结构裂纹作为张开型裂纹来处理,对比初始裂纹深度对计算结果的影响,并与结构谱疲劳寿命分析结果进行对比,结果表明,断裂力学方法用于南海环境条件下深水半潜式钻井平台疲劳分析较为准确,认为在缺乏结构初始裂纹数据情况下,半潜式平台结构采用断裂力学分析方法所采用的初始裂纹深度可用于平台结构的初始寿命评估及结构发现裂纹后剩余寿命的验证分析。     

基于南海环境条件的半潜式钻井平台设计环境参数分析

南海环境条件复杂多变,深水、高压、低温、波流的不规则性以及内波的存在等使半潜式钻井平台设计面临重大挑战。研究海洋环境条件的意义是在现有的平台设计水平和设备技术水平条件下,确保该海域作业的半潜式钻井平台的作业性、安全性和经济性。研究南海海域的环境特征,可应用于南海半潜式钻井平台设计中不同工况的海况参数选取。     

BINGO9000半潜式钻井平台疲劳强度分析

本文对BIGO9000半潜式钻井平台进行了疲劳强度分析。首先，建立了该平台整体三维有限元模型，结合北海波浪长期分布资料，计算了72种波浪载荷工况下的整体结构应力，为管节点结构局部应力分析提供边界条件。其次，建立管节点避部有限元模型进行疲劳强度分析。在计算管节点结构应力范围时，本文应用热点应力法，并根据DNV规范提供的S－N曲线，以及Miner线性劳累积损伤准则计算管节点结构的疲劳寿命。本文提出给出一些有意义的结论，为国内外后同类半潜式钻井平台的设计和建造提供了宝贵的技术依据。     

半潜式平台关键点的疲劳可靠性分析

依据惯性矩相当和重量相同的原则,建立半潜式钻井平台谱分析计算简化模型;利用ANSYS软件对简化计算模型进行随机响应谱分析,分别计算受到Morison波浪力谱时和受到大构件直立圆柱波浪力谱时的平台结构关键部位关键节点的等效应力随机响应功率谱密度;基于Miner线性损伤累积理论和随机响应首次超越破坏原则的概率分析,分别讨论了Rayleigh和weilbull两种不同应力统计分布下的平台结构关键部位关键节点疲劳可靠性指标的特征。     

半潜平台疲劳波浪载荷的不确定性研究

为了评估疲劳载荷计算过程中波浪载荷的不确定性,首先给出了考虑不确定影响因素的S-N曲线方法下结构的疲劳寿命评估表达式,然后建立了平均跨零周期、海况发生概率和浪向等引起的波浪载荷不确定性的评估方法和公式。重点对西北太平洋和中国南海的海况进行了分析,定量统计回归出了西北太平洋的波浪周期修正公式,以及中国南海不同季节海况和浪向分布规律对某半潜平台波浪载荷和疲劳寿命的影响因子。     

超深水半潜式平台典型节点强度分析

半潜式钻井平台在水中漂浮作业,会受到多种载荷的影响,包括风、海流、波浪等载荷。对于在水中长期漂浮的结构物来说,最重要的是波浪载荷的作用。因此在强度分析时可以忽略风和海流的载荷作用,只考虑波浪载荷。基于三维势流理论和莫里森方程计算波浪载荷传递函数,并进行长期预报,确定一系列的设计波参数,对关键节点应力集中情况及应力分布情况进行深入分析,为半潜式平台的研究提供参考。     

南海自由站立式立管设计与分析

自由站立式立管可作为南海油气开发的立管形式。根据设计参数建立自由站立式立管系统模型,根据南海某油田环境参数校核立管各工况下的强度结果并进行疲劳分析,探讨自由站立式立管动态强度与疲劳特性并验证是否满足规范要求。分析结果表明：该立管设计满足规范中的强度与疲劳要求,且疲劳性能较好;立管等效应力最大处为立管主体顶部应力节下端;最危险浪流方向为沿立管向平台方向;立管主体应力水平受平台运动影响较小,受顶部张紧力以及海流大小影响较大;疲劳损伤最大处位于立管主体顶部,且涡激疲劳损伤大于浪致疲劳损伤。     

深水悬链复合锚泊线疲劳损伤计算

以某座Spar平台的锚泊系统为研究对象,首先利用三维绕射理论计算Spar平台主体波浪力,得到平台的总体运动响应时程。再建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于DelVecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,根据计算得到的平台主体运动响应时程作为锚泊线顶端输入条件,在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析。计算得到中国南海某海域各短期海况条件下复合锚泊线应力的时间历程曲线,采用雨流法对其计数得到对应于各短期海况条件下的疲劳载荷谱。最后根据Miner线性累积损伤模型,对复合锚泊线在长期海况条件下的疲劳损伤进行比较计算。     

HCSR疲劳载荷概率水平及形状参数的研究

针对协调共同规范（HCSR）中疲劳评估的概率水平和形状参数的选取问题,通过理论分析和数值计算分析对结构疲劳损伤贡献率最大的长期应力范围所对应的超越概率水平,分析不同超越概率水平下形状参数对结构疲劳寿命的敏感性,通过实船谱分析计算,得到热点应力范围长期分布。     

Time domain analysis procedures for fatigue assessment of a semi-submersible wind turbine

Long term time domain analysis of the nominal stress for fatigue assessment of the tower and platform members of a three-column semi-submersible was performed by fully coupled time domain analyses in Simo-Riflex-AeroDyn. By combining the nominal stress ranges with stress concentration factors, hot spot stresses for fatigue damage calculation can be obtained. The aim of the study was to investigate the necessary simulation duration, number of random realisations and bin sizes for the discretisation of the joint wind and wave distribution. A total of 2316 3-h time domain simulations, were performed.In mild sea states with wind speeds between 7 and 9 m/s, the tower and pontoon experienced high fatigue damage due to resonance in the first bending frequency of the tower from the tower wake blade passing frequency (3P).Important fatigue effects seemed to be captured by 1 h simulations, and the sensitivity to number of random realisations was low when running simulations of more than 1 h. Fatigue damage for the tower base converged faster with simulation duration and number of random realisations than it did for the platform members.Bin sizes of 2 m/s for wind, 1 s for wave periods and 1 m for wave heights seemed to give acceptable estimates of total fatigue damage. It is, however, important that wind speeds that give coinciding 3P and tower resonance are included and that wave periods that give the largest pitch motion are included in the analysis.     

深海立管涡激振动疲劳损伤影响因素分析

根据我国南海、墨西哥湾和西非海域的流速沿深度方向的分布规律,利用涡激振动预报程序计算了立管在不同参数下的动力响应.在此基础上计算了立管沿长度方向涡激振动引起的疲劳损伤.分别讨论了立管顶部预张力、管内流体密度、管外流速分布、立管外径、立管壁厚等参数的变化对疲劳损伤的影响.结果显示立管顶部预张力、管外流速分布、立管外径对疲劳损伤的影响非常明显,而管内流体密度和立管壁厚因其变化范围有限,对疲劳损伤的影响没有上述三个参数显著.     

一种新型延展式张力腿平台及其水动力性能

文章提出了一种由四个立柱和一个环形浮箱（四个方型截面梁组成）组成的新型延展式张力腿平台。与传统延展式张力腿平台相比,新型延展式张力腿平台有更少的组块和组块间焊缝,因此它的建造成本更低、建造周期更短。新型延展式张力腿平台将延展式结构改进为浮箱的一部分,这就解决了传统平台的延展式结构与浮箱连接处焊缝疲劳损伤问题。文中对结构进行了水动力性能分析以证明其动态响应可靠性。基于三维势流理论对新型平台进行频域内的数值模拟,得到了新型平台的附加质量和势流阻尼。考虑新型平台和张力筋腱系统的耦合作用,分析了新型平台在风、浪、流联合作用下的非线性动态响应。时域分析得到了新型平台在时域内的位移响应。水动力分析结果证明了新型延展式张力腿平台有可靠的水动力性能,并且满足在南海环境条件下的安全要求。     

中国海岸波浪特征与建港条件研究

分析了中国渤海、黄海、东海和南海海岸的风与波浪特征。提出用代表波高描述海区年均波浪强度。时波高极大值应进行重现研究和归并处理。时港址选择、波要素推算和防浪设计有指导意义。     

大型集装箱船高强度厚钢甲板安全寿命评估方法

疲劳是船舶与海洋工程结构破坏的主要模式之一.高强度钢的应用使得结构的疲劳问题更加突出.对于采用以高强度厚钢板为甲板的大型集装箱船来说,有必要进行高强度厚钢板的焊接缺陷部位安全寿命评估方法研究.以应力范围的长期分布服从两参数Weibull分布的随机载荷为疲劳载荷,裂纹扩展率采用单一曲线模型预报裂纹在任意时刻的尺寸,结合应力强度因子并参考应力计算方法和失效评估图技术提出一套计算集装箱船高强度钢厚钢板安全寿命评估的方法.通过编制计算程序,对某集装箱船甲板进行安全寿命计算.最后,分析疲劳载荷谱对安全寿命的影响.计算结果表明：载荷回复期的长短和Weibull分布的形状参数的取值都会极大影响结构疲劳安全寿命.     

基于锚泊系统的半潜式海洋平台定位方法研究

以工作水深1200m、8缆系泊的半潜式海洋平台为对象,研究其系统定位方法,通过改变锚泊系统系泊缆长度来实现平台的定位。建立反映半潜式海洋平台锚泊系统动力响应的多目标优化模型,通过求解得到船体目标位移与最优系泊缆长度,借助多学科软件iSIGHT,通过开发程序接口,调用水动力分析软件ANSYS/AQWA求解器求解,实现了半潜式平台锚泊系统的结构动力响应优化设计。对半潜式平台进行风、浪、流联合作用下的水动力耦合分析,实时控制系泊缆长度来实现平台的定位并保证平台的稳定性。     

波斯湾中受随机波作用的某新建离岸导管架平台时域动力分析研究（英文）

API RP2 A WSD is a design code in practice for design of jacket platforms in the Persian Gulf but is based on the Gulf of Mexico environmental condition. So for the sake of using this code for the Persian Gulf, it is better to perform a calibration based on this specific region. Analysis and design of jacket platforms based on API code are performed in a static manner and dynamic analysis is not recommended for such structures. Regarding the fact that the real behavior of the offshore jacket platforms is a dynamic behavior, so in this research, dynamic analysis for an offshore jacket platform in the Persian Gulf under extreme environmental condition is performed using random time domain method. Therefore, a new constructed offshore jacket platform in the Persian Gulf is selected and analyzed. Fifteen, 1-h storm, simulations for the water surface elevation is produced to capture the statistical properties of extreme sea condition. Time series of base shear and overturning moment are derived from both dynamic and static responses. By calculating the maximum dynamic amplification factor(DAF) from each simulation and fitting the collected data to Weibull distribution, the most probable maximum extreme(MPME) value for the DAF is achieved. Results show that a realistic value for DAF for this specific platform is 1.06, which is a notable value and is recommended to take into practice in design of fixed jacket platform in the Persian Gulf.