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。     

张力腿平台二阶波浪力作用下运动响应分析

以延伸式张力腿平台为例,采用时域耦合分析法研究二阶波浪力对船体以及张力腿、立管的影响.在频域下计算船体结构一阶与二阶波浪力的传递函数,进而在Deepc中模拟海域的波流条件,考虑低频和高频波浪的影响,得到张力腿平台的动力响应和张力腿、立管的动张力值,并与线性的计算结果进行比较,认为在确定张力腿平台锚链的极限承载力和疲劳寿命时,应考虑高频二阶波浪力的影响.     

张力腿平台顶张紧式立管强度分析

顶张紧式立管（Top Tensioned Riser,简称TTR）是张力腿平台（Tension Leg Platform,简称TLP ）的关键部分之一。根据API RP 2RD 规范,探讨了TLP平台TTR的总体强度分析方法,并以中国南海某油田环境条件为基础,采用单层管等效模型模拟多层管TTR,利用Orcaflex软件对TTR总体强度进行了分析,同时探讨了采用规则波或不规则波以及内孤立波对立管应力分析结果的影响,对今后TTR的研究和设计具有一定的参考作用。     

平台运动下悬链线立管涡激振动响应特性分析

悬链线立管会在半潜平台运动带动下出现涡激振动现象,对立管疲劳寿命造成影响.借助海工结构物动力分析软件Orcaflex建立立管模型,使用Iwan-Blevins尾流振子模型进行数值模拟.通过与试验结果对比验证了该方法的可行性.同时建立实尺度悬链线立管模型,并考虑背景海流的影响,分析平台垂荡、纵荡运动下的立管涡激振动响应和疲劳损伤.研究表明,平台运动产生的非定常流场将引起悬链线立管发生涡激振动现象,并在背景洋流激励的基础上增大疲劳损伤,在立管结构实际工程设计时应予以关注.     

串列非粘结柔性立管碰撞影响规律分析

考虑基于骨架层和压缩铠装层各向异性中轴向材料属性,本文研究了串联非粘结柔性立管的碰撞规律影响特性。利用ABAQUS海工软件划分和加密典型八层非粘结柔性立管的最外层外护套层外表面参与碰撞的区域,讨论立管在不同的碰撞速度、管间摩擦系数和管内壁压单因素变量下,碰撞区域沿碰撞方向的应变、应力和碰撞力的时程曲线特性,总结对非粘结柔性立管碰撞影响规律。同时,对比单层立管与非粘结柔性立管的碰撞过程发现,两者都发生了多种碰撞行为,其中第一次碰撞过程最为剧烈。三个单因素变量对非粘结柔性立管的碰撞规律特性有不同影响。就立管的碰撞速度而言,在第一次碰撞过程中,碰撞力随碰撞速度的增加而增加,应变和应力呈现先增大然后减小的趋势;随着管间摩擦系数的增大,碰撞过程中应变和应力呈先减少后增加的趋势;碰撞中应变和应力随管内壁压的增加而增加。     

钢悬链线立管整体干涉分析研究

深水海洋立管具有柔性,特别是极端海况条件下,相邻立管之间可能发生互相干涉而增大立管的应力,从而影响其疲劳寿命.钢悬链线立管相比顶张力立管,有效张力较小,对环境载荷作用更加敏感,更容易发生碰撞.基于动力学分析软件OrcaFlex建立有限元模型,从允许碰撞的角度出发,对串列布置于张力腿平台上的两根钢悬链线立管进行整体碰撞分析,研究立管间距、尾流模型、拖曳力系数、海流流速和柔性接头刚度对立管碰撞的影响,阐述对碰撞范围、上下游立管相对运动速度、最大碰撞速度和最大碰撞能量的影响规律,为实际工程中立管的空间布置和结构优化设计提供参考.     

船舶与海洋平台碰撞的动力响应研究

海洋平台在复杂的海域工作时,除了受环境载荷影响,也可能受到过往船只碰撞的影响。本文分析了船舶与海洋平台碰撞的外部动力学问题,得到完整的碰撞力时程曲线。在1 000 m水深,风、浪、流联合作用下,分别对有无碰撞力影响的平台进行完全时域耦合分析,并将碰撞前后的运动响应以及系泊缆顶端张力的计算结果进行对比,得到碰撞力的变化趋势、碰撞后平台运动响应特性和系泊缆顶端张力变化情况,为今后海洋平台的设计、系泊、防撞等方面提供一定的理论支持。     

计及系泊系统作用下半潜式生活支持平台碰撞特性研究

半潜式生活支持平台用于钻井平台生活及工程方面的支持,动力定位或系泊系统的失效都可能导致支持平台与钻井平台的碰撞。本文通过计及系泊系统作用下某半潜式生活支持平台与钻井平台的典型碰撞工况分析,对其碰撞特性进行了研究。利用Awqa-line模块得到系泊缆位移-载荷曲线,并在LS-Dyna软件中等效模拟出系泊缆对生活支持平台与钻井平台水平方向上的约束作用。利用Space Claim-HyperMesh软件联合建立了生活支持平台与钻井平台有限元模型,从碰撞速度、碰撞位置、参数设置等方面确定了生活支持平台与钻井平台的碰撞工况。从碰撞后速度、结构形变、碰撞力、能量转化等方面进行了对比分析,得出以下结论:系泊系统对平台的约束作用主要表现为平台运动的滞后效应,减缓了支持平台与钻井平台的速度变化,加快了碰撞区域结构的形变速度,造成了碰撞区域更大的结构变形。     

双层立管在船舶撞击作用下结构行为分析

以船舶与立管碰撞为研究对象,采用三维有限元模拟碰撞过程,显式动力求解分析双层立管在侧向碰撞作用下的结构行为,得到碰撞过程中撞击力、结构响应、损伤变形等一般性规律,计算分析了边界约束条件、撞击质量、撞击速度、立管内压以及轴向预拉力参数的影响.结果表明,边界条件对于结构的固有频率、撞击力、结构损伤变形影响较大;撞击质量及速度是决定撞击力及变形的最主要的因素;内压的存在使得最大撞击力变小以及立管局部变形变小;在一定范围内的轴拉力越大,碰撞引起最大撞击力越大,整体变形反而变小.     

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。     

极端环境条件下TLP平台的应力校核(英文)

计算校核了某TLP平台垂向肘板在极端环境条件下的应力响应.该垂向肘板为TLP立柱与张力支撑系统(TSS)间的连接件,是TLP平台强度评估的关键部位.根据通用的业界标准,平台的环境载荷计算采用三维线性理论,结构分析使用有限元方法.应力数值计算与处理与实测应变片的位置和方向完全一致.平台在位监测的数据使用FFT技术进行了处理,得到了不同时段统计下各浪向的应力谱密度(RAO).数值计算与平台在位实测对比表明,数值模拟的应力谱密度与实测数据吻合较好,业界的分析方法可以在极端条件下对TLP的关键部位进行有效的强度分析.     

考虑静水压力的加筋圆柱壳体径向碰撞机理研究

水下碰撞是水下结构物的主要事故形式之一,而深水静压载荷环境下的碰撞、触礁等问题是深水静压和碰撞联合载荷作用下的结构响应问题,是最为危险的碰撞环境.采用MSC/Dytran大型非线性动力有限元程序,建立数值有限元模型,考虑深水静压和外物撞击的联合作用,进行深水静压环境、无水压力环境下以及不同撞击载荷多工况碰撞环境和撞击历程的数值分析,对加筋圆柱壳体碰撞载荷作用下的变形、失效机理和变形历程进行比较,分析了不同速度、质量撞击物撞击载荷作用下撞击强度、深水压力载荷等对碰撞历程的影响和加筋圆柱壳体深水碰撞环境下的动态响应特性和碰撞机理.结果显示:由于准静压载荷的附连联合作用,撞击形变将不可避免地带来准静压载荷的做功,其能量将直接由结构吸收,从而将导致加筋圆柱壳体结构的防撞能力急剧下降.同时,随着静水压力的增大,撞击初始阶段所产生的小变形将导致圆柱壳体的整体环向失稳,从而导致壳体整体迅速压溃,因此,深水环境下结构碰撞问题的研究主要是结构的初始稳定性问题的研究.圆柱壳体通过横向平台的加强后将有效提高壳体结构的横向失稳临界应力,从而能够明显地改善加筋圆柱壳体结构的径向耐撞能力.     

TLP平台系泊运动响应敏感性分析

水平偏移是TLP平台系泊系统运动响应分析的重要内容之一。在上部组块及海洋设计条件不变的前提下,给出影响TLP平台偏移运动性能的敏感性因素,并制定10种分析方案;采用频域三维势流理论进行水动力分析,并进行在位生存状态下频域系泊耦合运动分析;总偏移由静态偏移及动态偏移构成,各个敏感性因素对水平偏移影响为：船型因素对水平总偏移是由多种因素构成;增加预张力可减少水平偏移;NPD风谱计算偏移量大于API风谱;采用JONSWAP与 PM波浪谱偏移结果相同;张力筋键材质对偏移影响不大;本研究为设计研究TLP提供参考。     

船舶避碰路径规划研究综述

对船舶避碰模型和路径规划方法进行分类综述和评价,将评价碰撞危险的船舶避碰模型分为碰撞危险度模型和船舶领域模型,将现有的船舶避碰路径规划方法分为确定性方法和智能优化方法,并分别对其研究成果进行总结,分析船舶避碰路径规划发展趋势.     

张力腿系缆系统涡激振动疲劳可靠性分析

张力腿平台的系缆系统在波流的联合作用下非常容易发生疲劳破坏.文章通过多项Galerkin方法对张力腿系缆系统的涡激振动方程进行求解,获得了系统的非线性动力响应.并综合考虑疲劳评估中相关参数和程序的不确定性,运用断裂力学的方法对系缆系统进行疲劳可靠性评估.文中还分别运用FORM和蒙特卡罗仿真对具体算例进行了计算.     

船冰碰撞载荷下船舶结构加强方案研究

为了探究水介质对船—冰碰撞结构响应的影响,文章首次对考虑水介质中的船—冰碰撞问题进行了研究。模拟了船舶与冰体在水介质中的碰撞场景,研究船—水—冰三者共同耦合作用对船—冰碰撞的影响。将该计算方法应用于船—冰碰撞的多种工况计算,对比分析了增加外板厚度、横隔板厚度以及肋骨间距等多种加强方案对船体结构响应的差异。揭示了碰撞区域的损伤变形、碰撞力、结构吸能随外板厚度、横隔板厚度和肋骨间距的变化而变化的规律,分析了船舶肩部各主要构件对于抵抗冰载荷作用的能力及贡献。所得结论对于进行冰区船舶结构设计具有参考作用。     

一种新的碰撞耗散能快速估算方法及其在船—平台碰撞事故中的应用研究

海洋平台在作业过程中存在遭受船舶碰撞的潜在危险,一旦事故发生将可能导致结构严重损伤从而影响平台的作业安全,因此在平台结构设计阶段需要考虑其抗撞性能.文章以海洋供应船撞击半潜式钻井平台为研究对象,基于碰撞外部动力学理论和DNV规范计算方法,计及平台艏摇运动响应的影响,提出了一种新的耗散能估算方法-DNV`R解析法.以非线性有限元船-平台碰撞数值仿真结果为参考,将该解析法与规范法、Zhang解析法及Liu解析法计算结果进行对比,研究得出:文中所提出的DNV`R解析法弥补了规范法较为保守且仅适用于对心碰撞场景的不足,计算过程简单、便捷,且计算精度与Zhang解析法和Liu解析法基本接近,能够满足船-平台碰撞耗散能快速估算的精度要求.     

基于全耦合技术的船体结构碰撞性能研究

由于船舶碰撞问题的复杂性,通常是将船舶碰撞的外部机理与内部机理分开研究。作者基于“全耦合”分析技术,建立撞击船与被撞船整船模型,成功解决了船体与流场、撞击船与被撞船的耦合。此外,考虑撞击船与被撞船同步损伤,将内部机理同外部机理同步分析。通过数值仿真计算,分析了碰撞后撞击船与被撞船的运动、能量转化以及碰撞力、损伤变形及各构件的吸能情况。另外,开展多种碰撞工况计算研究,得出了便于工程应用的极限撞速曲线,为后续的船舶碰撞研究提供了技术支撑。     

在南海环境条件下深水典型TLP的运动响应分析

以南海LW3-1气田为目标,完成了TLP的概念设计.为了验证TLP的运动性能,应用海洋工程专用软件SESAM,对TLP系统进行了时域耦合分析.分析所采用的环境参数为南海百年一遇和一年一遇环境参数.为了获得较为准确的结果,包括TLP、张力腿和立管在内的所有组成部分都进行了模拟.先用WADAM软件,进行频域分析,获得所需要的水动力参数,包括:运动响应幅算子、附加质量、势能阻尼、静回复力以及一阶和二阶激励力等.再用DeepC程序进行时域耦合分析,建立TLP系统模型以及环境模型计算,结果表明该TLP在南海环境条件下具有良好的运动性能,满足设计要求.