半潜式平台极限强度可靠性研究

极限强度是半潜式平台海洋环境适应能力的显示指标,由于承载能力和环境载荷具有明显的随机性,应基于极限强度并采用可靠性方法评价平台结构安全性.文中首先阐述了解析方法和简化方法的基本步骤和关键问题,并对某目标平台总纵极限强度进行了比较研究,然后基于三维势流理论和Morison方程对生存工况下的目标平台垂向波浪弯矩进行了预报,最后基于极限强度建立了半潜式平台可靠性计算模型,并对目标平台结构可靠性和目标可靠度进行了分析.研究结果表明,简化方法和解析方法可用于半潜式平台极限强度计算,半潜式平台中垂状态结构安全性值得关注,可靠性分析结果可用于指导半潜式平台结构设计.     

水深对半潜式平台水动力性能及波浪载荷的影响*

本文根据有条件的建模方法（CMA）和一次逆可靠度方法(IFORM),运用Matlab编程计算确定百年一遇波高-周期的等概率曲线,设计了一组百年一遇波浪海况。根据Morison方程与绕射理论计算海洋平台波浪载荷的各自特点,本文采用Morison方程和绕射理论相结合的方法,运用挪威船级社研发的SESAM程序,就水深对半潜式海洋平台水动力性能和波浪载荷的影响进行了分析。某半潜式海洋平台计算分析水深对平台的运动响应、气隙、波浪二阶平均漂移力和纵向剪切力等六个波浪载荷的影响。     

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。     

撑杆结构形式的变化对半潜平台性能的影响

以三种不同撑杆结构形式的半潜式平台为研究对象,采用Morison公式和三维势流理论相结合的方法,依托SESAM软件分别进行了垂荡响应运动、波浪载荷预报和结构强度的对比分析。运用谱分析法确定设计波参数,确定中纵剖面的最大纵向剪切状态时波浪载荷最恶劣,建立三维有限元模型完成了平台的结构强度分析,并结合ABS规范校核了平台关键部位的屈服强度。论文开展的研究对半潜式平台的前期设计有一定的参考价值。     

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。     

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.     

超深水半潜式钻井平台双井架钻机关键作业工艺分析

结合双井架钻机作业特点以及超深水半潜式钻井平台钻机配置要求,进行超深水半潜式钻井平台双井架钻机布置方案设计。在此基础上,对双井架钻机关键作业工艺进行分析,形成一种适合超深水半潜式钻井平台双井架钻机的钻杆、套管以及隔水管处理工艺和钻井作业工艺。分析结果可用于指导钻机系统设备配置选型,确定双井架钻机作业过程的载荷,指导双井架的设计,指导现场作业施工。     

SSCV Ⅱ半潜式起重海洋平台流场数值模拟

以Raffles SSCV Ⅱ半潜式起重平台为研究对象,应用数值方法,对两个不同水线面外形方案的风载进行了预报,通过对风洞模型风载试验结果的验证可知,数值计算结果可信,并进一步应用该数值方法对2个方案的绕流场进行了分析,研究了Raffles SSCV Ⅱ半潜式起重海洋平台立柱外形差异对绕流场及风载产生的影响.所建立的数值方法可为海洋平台风载预报提供新的手段,关于海洋平台立柱外形对风载影响的分析结果可为相关海洋平台设计提供参考.     

波浪中半潜式平台气隙响应预报

为了实现半潜式海洋平台气隙预报, 应用边界元数值方法计算平台垂荡运动的频率响应函数,根据线性变换原理计算给定海况下波浪与平台相对位移的谱函数, 建立平台在波浪中运动的气隙响应计算程序.通过对Veslefrikk半潜式平台气隙设计参数的校验计算表明, 所提供的气隙响应预报数值算法可以为工程设计提供参考依据.     

半潜式平台结构屈曲强度评估

半潜式平台是海洋工程领域重要的浮式装置,采用直接计算法对某半潜式平台结构的屈曲强度进行了评估.首先,对半潜式平台结构进行有限元模型化,然后根据海况不同将静水、正常工作和风暴自存三种状态划分为48种计算工况,利用频域内的三维线性水动力理论和设计波法计算半潜式平台在各工况下的波浪载荷,同时考虑各工况下的莫里森力、风载荷、锚链预张力、吊车载荷和钻井载荷等载荷,进而计算平台在48种工况下的应力响应.最后根据ABS规范对平台结构进行屈曲强度校核.结果表明,屈曲强度是平台结构强度的重要指标之一,应在设计时给予合理评价,评估结果可为半潜式平台设计开发提供参考.     

内孤立波作用下半潜式平台耦合动力分析

内孤立波能引发突发性强剪切流,严重威胁半潜式平台和立管的正常作业。当前研究在分析半潜式平台与内孤立波的相互作用时多忽略平台与立管、系泊之间的耦合效应,分析结果与真实海况结果有一定误差。本文基于内孤立波eKdV理论,结合Morison公式,提出了一种可以分析内孤立波作用下半潜式平台-立管-系泊耦合动力响应问题的方法。研究表明:时域耦合分析下平台动力响应明显增加,立管位移幅值远大于非耦合分析情况,并在复原回归到初始位置后,继续跟随平台做振荡运动,立管应力较非耦合分析情况所增加,且上层流体的立管节点应力的增加量较下层流体中立管节点应力多。     

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.     

深海半潜式平台不同构型的运动性能北大核心CSCD

深海半潜式平台的运动性能预报是平台方案设计阶段的重要工作,而平台性能的优劣主要取决于水下的浮体构型。通过对国外主推的半潜平台设计方案进行构型特点分析,分别对立柱、连接横撑以及下浮筒进行多方案设计,共组合得到8个平台设计方案。应用数值方法首先对A1方案完成性能计算,并与该平台的模型试验结果对比,验证了理论预报的可靠性。基于该理论方法,分别完成了8个平台方案的系列水动力性能预报,并采用指标权重法得到了各个平台方案的综合运动效能,通过对比分析,明确了不同构型对于运动性能的影响规律。研究表明:浮体构型对于半潜式平台的运动性能有较大影响,且尖角型浮筒、变截面立柱及圆管型横撑的构型具有更优的综合运动性能。     

新型深海风机运输安装一体化半潜式平台整体强度分析和校核

为了满足海上风力开发的深海化、专业化、大型化的需求,解决因海上气候恶劣,有效工作时间短而导致的工作效率低的问题,设计一种满足风车整体运输、安装一体化的新型半潜式风车安装平台。根据风车整体运输、安装一体化的设计指标,提出新型半潜式风力发电安装平台船型方案设计,确定平台的总布置、主尺度和结构形式;采用sesam软件的设计波进行平台整体强度分析,在满足结构强度以及保证平台性能的基础上进行方案优化,设计出满足结构强度以及性能要求的最优船型。     

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。     

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。     

基于设计波法的半潜式生活平台主船体强度分析

针对某半潜式生活平台,计算其主体结构强度并校核其是否符合规范要求。首先采用SESAM软件的Genie模块对半潜生活平台进行结构有限元、湿表面和水动力模型的建模,运用HydroD水动力模块计算了结构在不同周期和不同浪向下的幅值响应系数(RAO),通过RAO极值来确定设计波法中波浪的参数,将确定的设计波通过RAO极值来确定设计波法中波浪的参数,将确定的设计波通过载荷传递施加到模型上,采用Sestra求解器模块进行求解。最后采用Xtract模块进行应力结果后处理,计算结构的强度并校核其是否符合规范要求。结果表明,本文设计的半潜生活平台结构强度满足规范要求。本文研究方法和研究结论可为半潜式平台的强度计算提供有效参考且具有实际意义。     

深海半潜式平台不同构型的运动性能

深海半潜式平台的运动性能预报是平台方案设计阶段的重要工作,而平台性能的优劣主要取决于水下的浮体构型.通过对国外主推的半潜平台设计方案进行构型特点分析,分别对立柱、连接横撑以及下浮筒进行多方案设计,共组合得到8个平台设计方案.应用数值方法首先对A1方案完成性能计算,并与该平台的模型试验结果对比,验证了理论预报的可靠性.基于该理论方法,分别完成了8个平台方案的系列水动力性能预报,并采用指标权重法得到了各个平台方案的综合运动效能,通过对比分析,明确了不同构型对于运动性能的影响规律.研究表明:浮体构型对于半潜式平台的运动性能有较大影响,且尖角型浮筒、变截面立柱及圆管型横撑的构型具有更优的综合运动性能.

     

多学科优化设计在半潜式钻井平台设计中的应用

多学科优化设计（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）是通过考虑学科之间的相互耦合来挖掘设计潜力，通过系统的综合分析来进行方案的选择和评估的一种应用于工程设计阶段的先进设计理念和设计方法，能够达到提高设计效率，降低设计成本的目的。半潜式钻井平台是具有高复杂度的工程系统，在其方案设计中要考虑到水动力学、结构力学、动力定位、工程应用以及成本分析等多个学科，非常适合于多学科优化设计的应用。以半潜式钻井平台方案设计为例，介绍了如何使用多学科优化设计来考虑影响平台的多个因素之间的耦合关系，以确定平台的主尺度，来获得最佳的平台总体性能；介绍了应用多学科优化设计时的三个重要关键技术：复杂问题的分解、数学建模和近似模型技术。