深海半潜式钻井平台上部船体极限承载力分析

新一代半潜式钻井平台趋于采用节点少、无撑杆的简单结构外形。由于其在深海作业往往面临极其恶劣的海洋环境,因此平台结构的安全性显得尤为重要。ABS MODU规定要考虑半潜式平台在横撑结构失效后的剩余强度问题。文章基于有限元分析软件Abaqus,采用准静态法计算分析横撑失效后上部船体结构在横开、横关两种载荷模式下的极限承载能力;同时,基于"面积涂抹"技术对模型进行简化,而后计算简化模型的极限强度并对简化方法进行了讨论。研究成果可对新型半潜平台结构设计提供参考,也可为大型结构极限强度计算有限元简化计算提供借鉴。     

半潜式平台横向开闭极限强度的时变可靠性分析

为了研究疲劳和腐蚀对半潜式平台结构极限强度可靠性的影响,文章改进了Smith方法,使之能够用于计及撑杆整体失稳的半潜式平台对开、对闭的极限强度计算;基于随机过程理论,建立计及疲劳和腐蚀作用的平台结构极限强度随机时变模型;针对某半潜式平台,建立波浪载荷和静水载荷随时间的变化模型,使用并联系统方法计算平台结构的时变可靠性,并与年度瞬时可靠性进行比较.     

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.     

半潜式钻井平台承载力极限状态设计

以半潜式钻井平台为研究对象,研究承载力极限状态设计方法的应用。文中首先介绍了承载力极限状态、分析方法、强度衡准;然后基于非线性软件ABAQUS,以加筋板架为研究对象,对其极限强度有限元数值仿真的分析方法、初始变形影响、结果分析技术等进行研究,总结形成数值仿真分析技术。在此基础上,分析半潜平台结构模型、载荷模型、边界约束等,研究目标平台在横向分离、纵剪、纵扭三种变形模式下的极限承载力及变形模式;分析等效模型、加筋模型对计算结果、计算效率的影响,提出半潜式平台极限强度工程化数值分析技术。最后,基于部分安全系数准则提出完整半潜式平台结构极限强度衡准,并对目标平台进行评估;总结形成半潜式钻井平台基于承载力极限状态的结构设计技术。     

半潜式平台总体强度计算和关键结构极限强度计算方法研究

给出了基于ANSYS/AQWA软件的半潜式平台整体强度分析方法,采用逐步破坏分析法和有限元计算方法,计算半潜式海洋平台关键节点和关键构件极限强度。以一典型深水半潜式平台为对象,进行了自存工况和作业工况下8个典型危险波浪载荷条件下的平台整体强度有限元分析,选取应力最大的横撑和立柱局部结构作为计算模型,确定合理的边界条件,通过计算给出了半潜式平台关键节点和关键构件的极限承载力,为下一步平台结构的安全性评价提供可靠依据。     

基于蒙特卡洛模拟的半潜式平台极限强度可靠性研究

半潜式平台是世界深海钻井的主要装备。我国南海的平均水深较深,油气资源丰富,自主掌握半潜式平台设计建造技术势在必行。结构的极限强度是半潜式平台所能承受载荷的上限值,充分考虑极限强度计算中的不确定性,并对其极限强度进行评估对于结构的安全而言具有重要意义。采用Smith法计算半潜式平台极限强度,用蒙特卡洛模拟对半潜平台极限强度计算中的不确定变量进行离散,然后将离散后的均匀随机数代入Smith法中,通过大量的循环计算得到半潜平台极限强度的概率密度曲线。通过与半潜平台极限强度名义值进行比较,发现变量的不确定性对半潜式平台极限强度影响较大,名义值不能真实地反映半潜式平台的承载能力。     

半潜式平台关键结构全寿期极限强度预报方法研究

文章基于逐步破坏分析法和有限元计算方法,发展了一种计及材料腐蚀、疲劳裂纹等结构损伤的半潜式海洋平台关键结构全寿期极限强度计算方法。以一服役水深为3000 m半潜式平台为研究对象,选取横撑和立柱局部结构作为研究对象,以不同服役年限下裂纹扩展长度和腐蚀厚度作为变化参数,采用ANSYS软件建立其参数化有限元模型,计算了不同服役年限下半潜式海洋平台关键结构极限强度,在此基础上分析了全寿期内关键结构极限强度随服役年限的变化规律。     

半潜式平台极限强度计算方法研究

以加筋板格第Ⅱ崩溃模式建立单元的应力应变关系,使用简化逐步破坏法编制相应计算程序.通过一系列经典模型的试算和试验值的比较,验证理论和程序的可靠性和正确性.与解析的经验公式进行比较,得出吻合的结果.在此基础上对半潜式平台整体结构的横向极限强度进行研究.     

超大型浮体目标可靠度及极限强度可靠性研究

目标可靠度是超大型浮体结构极限强度可靠性的重要衡量指标,超大型浮体作为一种新颖海洋结构物,其结构可靠性设计衡准未有直接经验可借鉴。本文基于风险分析理论和原则,通过对结构失效概率和失效后果的考量,提出适用于超大型浮体的目标可靠度合理可行区域;应用简化逐步破坏分析方法确定了典型剖面的极限承载能力;基于三维线性势流理论对处于我国南海海洋环境下的浮体垂向极限波浪弯矩进行预报;根据选定的目标可靠度对浮体极限强度可靠性进行校核。研究结果表明,风险分析方法可用于建立合理的目标可靠度范围;超大型浮体总纵强度结构设计存在不足,在工程设计时应予以加强。     

腐蚀损伤对深海半潜式平台结构极限强度的影响研究

极限强度是半潜式海洋平台适应环境能力的重要指标,鉴于腐蚀损伤对平台极限承载能力的重要影响,在评价平台结构安全性时应考虑腐蚀损伤因素。文章以3000m深海半潜式平台为研究对象,运用有限元软件建立以腐蚀厚度为变量的典型构件和节点的参数化模型,基于逐步破坏分析法和有限元计算法,采用增量理论按比例逐步加载,计算了典型构件和节点在腐蚀损伤影响下的极限承载力,总结了典型构件和节点在不同失效模式和服役年限下的极限承载力演变规律。     

自升式平台齿轮齿条失效判别方法

齿轮齿条的强度是关系整个平台安全性能的一个重要因素,对其进行强度校核非常必要,而对齿轮齿条进行强度分析的关键问题就是确定施加在齿轮齿条上的载荷。通过建立平台整体有限元模型,分析平台爬升齿轮齿条所受载荷,将上述载荷施加在有缺陷的齿轮齿条模型上,计算出齿轮齿条的极限磨蚀或腐蚀量,并将此极限磨蚀或腐蚀量作为判断目标平台齿轮齿条失效的标准。     

半潜式平台极限状态评估

对某半潜式钻井平台,采用ANSYS建立有限元计算模型,进行了典型波浪荷载作用下平台非线性垮塌性分析,不考虑几何非线性和初始缺陷的影响。分析结果表明,平台最终的失效形式和水动力荷载作用形式十分相关,初始失效部位和最终失效状态各不相同。文中对ANSYS计算模型和SESAM计算模型进行了对比,在相同的荷载条件下分别计算了两个模型,比较ANSYS计算结果和SESAM计算结果及ABS和DNV规范理论结果,三者结果吻合较好。对非线性垮塌分析结果进行了讨论,通过对截面力作用形式的分析,建立了两类半潜式平台极限状态方程。文中半潜式平台非线性垮塌分析结果可以作为基于ABS和DNV规范的半潜式平台极限状态的基准性研究。     

破损船体剩余强度衡准研究

本文研究了船体破损非对称淹水和刚度损失引起的船体外载荷变化,并利用破损船体非对称弯曲极限强度计算方法详细分析碰撞、搁浅和爆炸破损对船体极限强度的影响.然后基于破损船体极值载荷和极限强度,给出破损船体剩余强度衡准,并对破损船体临界海况进行预报.     

Ultimate strength of container ships subjected to combined hogging moment and bottom local loads,Part 2: An extension of Smith's method

This paper is the second of two companion papers concerning the ultimate hull girder strength of container ships subjected to combined hogging moment and bottom local loads. The nonlinear finite element analysis in Part 1 has shown that local bending deformation of a double bottom due to bottom lateral loads significantly decreases the ultimate hogging strength of container ships. In this Part 2, extending Smith's method for pure bending collapse analysis of a ship's hull girder, a simplified method of progressive collapse analysis of ultimate hogging strength of container ships considering bottom local loads is developed. The double bottom is idealized as a plane grillage and the rest part of the cross section as a prismatic beam. An average stress-average strain relationship of plate/stiffened plate elements employed in Smith's method is transformed into an average stress-average plastic strain relationship, and implemented in the conventional beam finite element as a pseudo strain hardening/softening behaviors. The extended Smith's method is validated through a comparison with nonlinear finite element analysis.     

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。     

平板在组合载荷作用下的极限强度预报的一种简化解析法

船体平板强度在船舶结构极限强度分析中起到十分重要的作用。最近几年，一些作者提出了计算平板极限强度的一种简化解析方法。但绝大部分的研究只考虑了平板纵向受压这一种简单载荷的情况。在我们成功地解决了三向组合载荷(纵、横压缩和垂向均布压力)的基础上，在本文中，我们又进一步将此方法推广到包含面内剪力在内的所有组合载荷分量均存在的一般情况。通过与一些规范公式的比较表明，本文所推导的公式是可以比较精确地预报平板在一般组合载荷作用下的极限强度。这一工作一方面可以为规范中的一些经验公式提供理论依据，另一方面也许可以提供比经验公式更好的外插能力。为了简化使用本文的方法，本文也在大量参数系列计算的基础上给出了一个回归的经验公式。     

水下爆炸载荷作用下舰船结构极限强度研究

在对水下爆炸载荷作用下典型舰船结构损伤研究的基础上,分析了塑性变形和各种破口形状尺寸等受损情况下Nishihara箱形梁的极限强度,得出结论:有破口的箱形梁未必比有塑性变形的极限强度小,若中剖面破口长度相等,则破口面积越大极限强度越小。利用NAPA软件建立典型舰船的模型得出设计载荷并导入MSC.Patran划分网格、定义属性并施加载荷与边界条件,运用MSC.Dytran模拟水下爆炸载荷高瞬态非线性分析,通过MSC.Nastran与工程软件MARS对该模型进行极限强度非线性分析对比,提出了一种对真实爆炸损伤状态下的舰船结构极限强度计算方法,证明其运用于结构设计校核极限强度的有效性和安全性。     

Ultimate strength of container ships subjected to combined hogging moment and bottom local loads part 1: Nonlinear finite element analysis

This paper is the first of two companion papers concerning the ultimate hull girder strength of container ships subjected to combined hogging moment and bottom local loads. In the midship part of container ships, upward bottom local loads are usually larger than the downward ones. This leads to the increase of biaxial compression in the outer bottom plating and the reduction of the ultimate hull girder strength in the hogging condition. In this Part 1, the collapse behavior and ultimate strength of container ships under combined hogging moment and bottom local loads are analyzed using nonlinear finite element method. Buckling collapse behavior of bottom stiffened panels during the progressive collapse of a hull girder is closely investigated. It has been found that major factors of the reduction of ultimate hogging strength due to bottom local loads are (1) the increase of the longitudinal compression in the outer bottom and (2) the reduction of the effectiveness of the inner bottom, which is on the tension side of local bending of the double bottom. The obtained results will be utilized in the Part 2 paper to develop a simplified method of progressive collapse analysis of container ships under combined hogging moment and bottom local loads.     

具有中心穿透裂纹缺陷的矩形板极限拉伸强度分析

本文利用弹塑性有限元分析结果对现有的裂纹板的拉伸极限强度简化公式进行了修正，得到了与实验结果比较吻合的修正公式，并且以受单向拉伸、具有中心穿透裂纹的正方形板为例，借助弹塑性断裂力学的理论推导了断裂控制基础上该材料的极限拉伸强度计算公式，从而从理论上解释了修正公式的合理性。