渤海导管架平台结构系统的可靠性研究

本文根据渤海导管架平台承受载荷的实际情况,探讨了平台结构系统在风、海流及海冰等载荷同时作用下,考虑轴力、弯矩及剪力三种载荷效应和各构件联接处加强结构综合影响的可靠性分析方法。最后给出了今后进行可靠性分析与设计时应注意的问题。     

导管架平台强度分析

采用有限元分析软件MSC.PATRAN/NASTRAN,对渤西QK18-2导管架平台建立整体结构计算分析有限元模型.根据美国石油协会API（American Petroleum Institute）规范分析确定了平台的环境荷载并进行了荷载组合,确定结构计算分析的主要工况,计算了典型工况下的整体结构应力;并通过对平台整体结构应力状态的分析,找出平台应力幅值较大的管节点进行了强度校核,为导管架平台的结构设计提供了分析方法.     

面向腐蚀环境的自升式海洋平台桩腿时变可靠性研究

以某公司300ft自升式海洋平台桩腿为研究对象,根据平台桩腿的工作环境的波高和波浪周期对其疲劳环境工况进行划分,采用Airy波理论和PM双参数谱计算平台桩腿不同工况下所受的波浪力谱,通过ANSYS有限元软件对平台进行三维建模,分析其在波浪力下的应力响应。建立桩腿在环境载荷下的可靠性模型,同时针对当前研究中的不足,考虑到腐蚀对于桩腿可靠性的影响,提出并建立在环境载荷与腐蚀耦合作用下的桩腿时变可靠性模型,根据应力响应分析结果,分析桩腿腐蚀最严重区域构件的时变可靠性变化规律,对比两种模型下的桩腿结构可靠性,确定腐蚀因素对桩腿时变可靠性的影响。根据可靠性分析结果,结合自升式海洋平台桩腿的工作环境和服役周期,为平台桩腿的维护与保养提供一定参考。     

导管架平台结构风险评估方法研究

文章提出了一种导管架平台在位风险评估方法,以惠州HZ32-2平台为例,首先基于倒塌分析法计算平台结构极限承载能力及构件重要度,并根据API规范中环境载荷的计算方法进行平台结构静力状态下的可靠性分析,最后建立基于风险的结构强度评估方案。计算结果表明本方法可为完善平台结构风险评估及优化平台检验计划提供重要参考。     

导管架平台冰致疲劳分析

针对冰区导管架平台存在的疲劳问题,提出冰致疲劳时域分析流程。以某浮拖式导管架平台为研究对象,基于我国辽东湾海冰参数的概率分布情况,划分得到24个疲劳子工况,考虑作用于平台桩腿锥体和井口区隔水导管群上的动冰载荷,采用ANSYS参数化设计语言编制该平台的冰激强迫振动分析程序,对其进行各疲劳子工况下的动力时域分析。基于雨流计数法计算该平台泥面以上42个管节点的等效应力幅值和循环次数,进而由S-N曲线和Minor线性累计损伤法则得到其冰致疲劳损伤和疲劳寿命。研究结果表明:平台构件的疲劳寿命最短为78.9 a,能满足设计的服役年限的要求;导管架疲劳损伤弱点位于井口区第一水平层与桩腿连接位置,该区域是平台日常维护的重点。     

65m水深导管架平台结构优化设计

考虑具体的海洋环境条件,依据API RP 2A-WSD规范,初步设计地处南海的65 m水深井口平台的导管架结构,对导管架结构进行安全校核。确定导管架的结构形式和尺寸,以结构重量为目标函数,API规范要求为约束条件,管径和壁厚为设计变量,采用一阶寻优法对导管架结构进行尺寸优化。     

随机波浪载荷作用下导管架平台动力响应及疲劳可靠性分析

主要针对波浪载荷作用下导管架式海洋平台结构的疲劳可靠性进行研究.采用Airy线性波浪理论,将导管架结构离散成空间梁有限单元结构;在此基础上采用结构模态分析方法,编程计算了平台结构在随机波浪载荷作用下的位移、速度、加速度和应力随机响应及其概率统计量.导管架结构疲劳可靠性分析建立在频域响应的基础上,假设结构响应的应力范围服从Rayleigh分布,利用结构应力传递函数得到结构应力响应谱,然后利用Miner线性累积损伤准则推导出结构疲劳寿命的概率分布函数,并考虑结构疲劳强度影响系数的随机性,求得结构在随机应力谱下给定疲劳寿命时的疲劳可靠性指标.文中所建立方法可用于导管架式平台结构的疲劳安全评估.     

导管架式海洋平台可靠性检测与维修策略研究

本文提出了导管架式海洋平台在疲劳破损模式下，检测与维修费用最小化的构件及系统可靠性检测与维修最佳策略的研究方法。     

服役中后期导管架海洋平台结构可靠性评估

为使海洋平台在服役中后期内安全服役,有必要对现役平台进行安全评估.以埕岛海域某服役中后期导管架式海洋平台为例,研究其可靠性变化问题.首先,根据平台状况资料,考虑平台结构的腐蚀、冲刷等损伤随年限增加而变化的情况,建立了反映结构实际动力特性的有限元模型;然后,考虑结构非线性,沿平台的不同方向逐级施加载荷,得到平台的桩顶位移与横向载荷的关系曲线,根据该曲线得出平台不同时间的极限承载力;最后,考虑冰荷载的不确定性,利用Monte-Carlo法研究平台每年的失效概率及可靠度指标,得到可靠度指标随服役年限变化的曲线,进而预测平台结构在未来服役期内的可靠度.     

半潜平台载荷不确定性及结构可靠性研究

分析了海浪谱型、波高及载荷传递函数的不确定性对波浪载荷的影响,运用模型试验和数值方法计算波浪载荷传递函数的不确定性,提出了波浪载荷长期极值不确定性分析的新方法.基于简化Smith方法计算了半潜平台整体结构横垂向弯矩极限承载能力,使用蒙特卡洛模拟法分析了极限承载能力的统计参数和概率分布形式及其不确定性,同时运用改进的Rosenbluth方法加以比较验证,最后基于验算点法计算了某半潜平台横向结构抗弯极限强度的可靠性.     

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。     

导管架式海洋平台自适应预测逆控制研究

文章提出了一种新的基于动态刚度阵法的导管架式海洋平台模糊神经网络自适应预测逆控制模型。该模型是通过安放在海洋平台桩腿上的压力传感器实时采集海洋平台所受波浪力,然后应用动态刚度阵法快速而准确地计算出平台顶部的响应,再将此响应作为模糊神经网络预测逆控制器的输入信号,预测出下一时刻平台顶部的控制力来对海洋平台振动响应进行控制;同时,通过反馈的自适应预测逆控制器来减小扰动和前馈控制的误差。为了验证该模型的抗干扰能力,文中还对有随机风载荷扰动情况下的导管架式海洋平台主动控制进行了研究。最后的数值算例结果表明,文中所提出的导管架式海洋平台主动控制模型具有较强的抗干扰能力,能很好地解决控制系统中存在的时滞问题,可有效地控制导管架式海洋平台的振动响应。     

深水Spar钻采储运平台极限强度可靠性分析

针对一种新型的深水立柱式Spar钻采储运平台(Spar Drilling Production Storage Offloading)的结构特点进行极限强度可靠性研究。SDPSO平台的中间舱段为储油系统,其结构的安全性尤为重要,本文验证了在波浪弯矩年极值条件下其特殊储油系统结构的安全性。采用SESAM/Wadam软件对SDPSO平台进行水动力计算,利用序列统计法得到年极值短期海况,然后采用极值I型分布得到该短期海况下的波浪弯矩极值;利用ABAQUS非线性有限元软件和改进的Rosenblueth法进行SDPSO平台中舱段的极限强度计算,并得到极限承载能力的概率分布。最后基于一次二阶矩法完成SDPSO平台弯曲极限强度的可靠性计算,结果表明平台结构极限强度具有较高的安全水平,为深海立柱式海洋平台设计提供了依据和参考。     

基于突变理论的超长桩横向动力稳定性分析

为研究超长桩在横向动力荷载作用下的失稳破坏过程,应用突变理论建立了超长桩横向动力稳定性的双尖点突变模型,对超长桩在横向简谐荷载作用下稳定的机理进行了研究。在模型所给出的两个尖点坐标基础上,分析了非线性系数μ和频率比η这两个参数对超长桩振幅的影响。结果表明,当非线性系数在两个尖点之间时,频率比η在一定范围的连续变化会引起振幅的突然变化,即产生跳跃现象,这是导致超长桩发生横向失稳破坏的一种机制。     

Research on short-term dynamic ice cases for dynamic analysis of ice-resistant jacket platform in the Bohai Gulf

Jacket platforms in the Bohai Gulf are often victims of random ice-induced vibrations. Their design originally did not account for dynamic ice loading on the jacket structures and significant ice-induced vibrations have been observed during winters. So it is urgent to find out as to how to consider the dynamic ice loading in the design stage of an ice-resistant jacket platform in the Bohai Gulf. In this paper, based on the state-of-art developments of dynamic ice load and ice–structure interaction, the authors proposed two different approaches to determine the short-term dynamic ice cases for dynamic analysis of ice-resistant jacket platform in the Bohai Gulf, named as the failure probability-based approach and the expected loss-based approach. Considering the variation of the ice environments and the variability of ice-resistant structure's properties, the random ice spectrum and the pseudo-excitation method (PEM) are employed to improve the efficiency of the procedure. Through finite element method (FEM) modeling of the real ice-resistant jacket platforms in the Bohai Gulf, such as MSW, MUQ and NW, the characteristics of the two proposed approaches have been investigated and compared. This paper provides an open and universal framework to assist designers and owners for determining the short-term dynamic ice cases in the Bohai Gulf, in which more information can be considered in the procedure to update and modify the results if available.     

半潜平台结构强度及全寿命强度可靠性研究

利用ANSYS及AQWA有限元方法进行某半潜平台下水前的自存工况整体强度校核,根据目前的技术状况报告评估其腐蚀度与裂缝情况,并由腐蚀度折算钢板厚度,进行现行自存工况下的整体强度校核。文中选取了JONWASP谱描述的7种海况,分别进行整体强度计算和构件强度可靠性分析,最终获得该半潜平台目前在整个使用寿命过程中的整体强度及可靠性变化的规律。     

桩基建模方法对自升式钻井平台动力响应的影响

随着海洋油气开采作业水深的不断增加,海洋平台固有频率随之降低,易与相同频率成分的波浪产生共振,因此对平台动力响应特性研究是非常有必要的,而桩基模型在平台动力响应分析中发挥着关键作用。以某400英尺自升式钻井平台研究对象,基于等效建模的思想,分别建立了固支桩基、铰接桩基、线性弹簧桩基及非线性弹簧桩基四种有限元模型,并对其进行静力分析、模态分析及瞬态动力学分析,通过对比得到的振动频率、动力放大因子及波流惯性力,得出弹簧桩基模型在平台动力响应分析中的有效性及合理性结论。     

舰船防共振模糊可靠性分析

由于舰船结构的复杂性,以至于在考虑其防共振可靠性时,必须考虑多阶固有频率的问题。另外,由非共振到共振是一个渐变过程,两者之间并不存在明显的界限,存在着模糊不确定性,因此必须结合模糊数学理论来处理。本文基于模糊共振准则,分别建立了单频激励多自由度无阻尼结构和多频激励多自由度无阻尼结构模糊振动可靠性分析的数学模型。通过算例演示了模型的计算结果,并与相关文献结果做比较,验证了理论的正确性。