深水悬链锚泊线疲劳性能评估

以某座Spar平台的单根锚泊线为对象进行疲劳性能研究,采用钢链-钢索-钢链三段组成的悬链式锚泊线.基于非线性有限元方法计算锚泊线的动力响应.选取锚泊线上端钢链与上部结构、钢索与钢链的链接点,采用雨流计数法对其应力时程曲线计数得到各短期海况下的疲劳荷载谱.根据Miner线性累计损伤理论,分别得到三个危险链接点在长期海况下的疲劳损伤,对锚泊线的疲劳性能进行评估.     

深水复合锚泊线动力特性比较分析

为了研究复合锚泊线的动力特性,文章对完全相同的两根复合锚泊线,保持其他条件不变,用聚酯纤维系缆代替钢索,使锚泊线顶端张力-静位移特性曲线基本一致,然后采用数值模拟的方法对整根复合锚泊线的动力特性进行比较分析。比较两种复合锚泊线的自振频率、复合刚度和锚泊阻尼。建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于Del Vecchio(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,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时刚度的变化。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,给定上部平台运动时程后在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析,通过计算锚泊线从平台运动中吸收的能量,得到锚泊系统的阻尼,比较上部平台分别发生慢漂和波频运动时阻尼的变化。     

桁架式Spar平台在波浪中的运动预报与实验测量

基于细长体水动力公式和刚体全非线性运动方程,以及桁架式Spar平台主体与其锚泊系统相互耦合的力和位移边界条件,建立了桁架式Spar平台在波浪中的运动响应预报模型,对其在波浪中的运动和锚泊力进行了预报。通过运动光学测量系统和拉力传感器在哈尔滨工程大学水池对Spar平台模型在波浪中的运动和锚泊力进行了测量。数值预报结果和实验测量进行了比较,结果表明二者符合得很好。     

基于雨流计数法的锚泊线与海床接触疲劳分析

悬链锚泊线与海床的接触过程应力状况复杂多变,对锚链的疲劳强度有显著的影响。文章通过建立有限元模型分析锚泊线与海床的接触过程,将应力时程作为外加载荷,基于雨流计数法得到与不同刚度海床模型接触的疲劳载荷谱,求得锚泊线在波浪长期作用下的累积损伤。结果表明,锚泊线疲劳寿命与海床土刚度呈负相关关系;在相同的海床模型下,离锚泊点位置越近,越易发生疲劳损害。     

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。     

复合缆索锚泊下的Spar平台动态响应分析

利用复合索链的计算公式,计算不同配置的复合链组成的锚泊系统的变刚度,并将计算结果运用于Spar平台运动方程中刚度矩阵的修正,分析并比较在不同锚泊系统作用下,Spar平台的动态响应行为。通过计算发现:虽然不同配置的复合缆索对平台的动态响应没有多大影响,但是缆索张力的变化确实截然不同。这些在平台锚泊系统的初步设计中必须考虑。     

风浪流作用下半潜平台水动力及其锚泊系统响应分析

针对某半潜平台主体和锚泊系统建立整体水动力模型,基于势流理论,在频域内计算平台在不同浪向下规则波中的水动力及其运动响应;在时域中计算张紧式系泊系统在风、浪、流联合作用下的非线性耦合运动响应,与悬链线系泊系统进行对比分析,结果表明,该半潜平台在高频范围内运动性能良好;深水环境中采用张紧式系泊要比悬链线系泊有优势。     

浅水中OSV锚泊定位分析研究

本文采用数值计算方法对浅水中海洋平台支持船(OSV)的锚泊定位性能开展研究.首先,基于三维频域势流理论,对一艘OSV不同水深的水动力性能开展分析,计算了水动力系数、运动幅值响应算子、一阶波浪力和二阶波浪力.由于浅水中非线性效应显著,本文采用中场公式计算了该OSV全二阶波浪力传递函数(Full Quadratic Transfer Function,简称全QTF).然后,本文对不同水深下锚泊系统的水平刚度开展了分析,计算了不同水深下锚泊系统的水平刚度,研究了水深对锚泊系统水平刚度的影响.最后,采用准动态方法对不同水深下的OSV和锚泊系统开展时域分析,研究了水深对船体运动性能和锚索张力的影响.     

张力腿平台拉索的疲劳损伤

目前在分析张力腿平台(TLP)疲劳损伤时,通常限定平台只发生小位移,未考虑不利工况下平台发生有限位移的情况.在分析模型中考虑有限大位移后,会引入多种非线性因素,也会使TLP的动力响应明显不同于小位移情况,因此研究TLP有限位移下非线性波浪载荷引起的疲劳损伤十分重要.首先求得随机海浪作用下TLP拉索应力的时间历程曲线,并采用雨流法对其进行计数得到疲劳载荷谱;然后依据Miner累积损伤模型,求得TLP拉索在不利工况下的疲劳损伤;最后对ISSCTLP平台拉索在某海况下进行了疲劳损伤短期计算,并说明TLP拉索疲劳可靠度的计算方法.     

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。     

纤维系缆动刚度特性研究

随着海洋油气开发向深海转移,新型绷紧式系泊系统凭借其在深水应用中表现出的诸多优越性而倍受关注。文中对聚酯纤维系缆的应力应变关系进行了考查,基于弹性模量的经验公式,推导出无量纲的动刚度计算公式,采用误差控制的迭代求值方式求解单根系缆动刚度。该理论计算方法较之于有限元数值计算方法更简洁快速。选取了一座工作水深为1500 m的新型单柱式（Spar）平台,计算系泊系统单根系缆的动刚度和张力,并与有限元计算结果进行对比,二者非常吻合。     

深海系缆动张力的超谐动力响应

文章考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,考虑缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,引入单元内张力一致假设,推导出12×12的非线性刚度矩阵,并与有限元软件对接。针对1800m水深平台的系缆,考虑系缆端点垂荡运动,以及端点垂荡、横荡和海流作用两种状态下系泊系统的动力响应。计算结果表明,端点运动和海流作用,引起系缆系统的二倍超谐动力响应,并且随着流速增大,系缆超谐动力响应增大,系缆的超谐动张力分量对于缆索疲劳累积损伤具有重要影响,在系缆疲劳分析时应该予以考虑。     

深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。     

深水系泊缆绳动力特性研究

考虑波浪、海流、顶部浮体运动与海底接触效应的影响,依据集中质量法建立系泊缆绳柔性力学模型,以一座深水半潜式平台的系泊系统为例,对比研究了各种因素对于缆绳动态张力与水中构型的影响程度,最后采用模型试验方法对数值计算结果进行验证。研究表明：缆绳的动态系泊张力主要由浮体运动所引起,可达总张力的20%左右,海流流速可使得缆绳形态出现大变形,导致缆绳卧底长度发生明显改变,危及平台作业安全,波浪与海底摩擦对于缆绳响应的直接作用较小,设计阶段基本可以忽略不计。     

深海平台复合单系泊缆形状和张力分析

以一工作水深为310 m的转塔式浮式生产存储系统为例研究了复合单系泊缆索静力特性的计算方法,用C++编写了基于悬链线方程式的深海平台系泊缆形状和张力的分析计算程序,计算并分析了复合单缆在无浮筒重物、只有浮筒、只有重物、既有浮筒又有重物四种情况下的形状和张力,为动力计算提供条件。本方法简单直观,并且完成一次计算所耗时间不到1 s,特别适合于需要多次迭代计算复杂系泊系统静力特性的等效水深截断系统优化设计。     

单点系泊系统将军柱疲劳分析

渤海某FPSO的单点系泊装置固定塔架由导管架、将军柱和上部组块构成,其中将军柱是系泊力的主要承受构件之一,其结构安全至关重要。由于系泊力是典型的交变载荷,作用在结构上会产生疲劳损伤,因此有必要对将军柱进行在位期间的疲劳分析。本文提出一种长期海况下海上固定装置疲劳计算方法,通过AQWA软件建立单点系泊系统的多体耦合水动力模型模型,根据渤海的海况环境资料计算出FPSO运动时域内所受到的的系泊力;基于S-N曲线方法与Miner线性累计损伤理论,通过nCode Designlife疲劳计算软件计算将军柱结构的疲劳寿命和管节点的疲劳损伤;评估结构的疲劳强度,分析易发生疲劳的关键节点位置,并给出增加管节点疲劳寿命的建议及设计方法,为相同类型的海上固定式结构物的结构设计及疲劳分析提供有益的参考及借鉴。     

海上养殖平台系泊系统耦合动力响应与疲劳计算

以某管架式海上养殖平台为例,计算平台-系泊系统耦合时域动力响应与系泊系统疲劳寿命,分析锚链拉力统计特性、平台运动规律、疲劳损伤成分比例等因素的影响。研究发现系泊系统动力响应具有明显的非线性特征,定常漂移力对本平台系泊系统极限载荷有重要影响,而波频振荡是产生疲劳损伤的主要因素。计算结果表明,系泊缆能够有效限制平台运动,且疲劳寿命满足设计要求,可为类似平台的设计和安全性评估提供参考。