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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

半潜式平台结构分类规则

半潜式平台的结构分类直接影响到基本结构设计各区域的材料选择和检验类别。文章以烟台中集来福士已交付的几个半潜平台的结构分类图为依据,结合ABS、DNV及CCS三大船级社的规范要求,对半潜平台的结构分类规则进行总结,为同类型的半潜平台做结构分类提供借鉴依据。     

半潜式平台关键结构选取及疲劳寿命计算

以南海某半潜式平台为研究对象,基于SESAM软件建立有限元模型,计算平台整体结构强度,筛选应力集中区域作为疲劳计算的关键区域。选取截面特征载荷,计算剖面载荷处的运动响应和长期预报幅值。在GeniE模块中,用SET分组的形式建立局部模型代替Submod模块使用的子模型计算,并对关键区域细化网格。在Stofat模块中计算节点处的疲劳损伤,根据S-N曲线计算疲劳寿命。结果表明,在平台关键区域1和区域2的节点疲劳损伤较大、寿命较短。因此,在半潜式平台服役期间,需要对关键结构部位进行定期检修和维护,以保证平台可正常运营。     

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。     

含裂纹及腐蚀损伤FPSO结构剩余极限强度评估方法研究

裂纹及腐蚀损伤对于浮式生产储油卸油装置（FPSO）结构来说难以避免,这将削弱结构的极限强度,所以研究含裂纹及腐蚀损伤FPSO结构的剩余极限强度意义重大。目前针对裂纹及腐蚀损伤联合作用下FPSO结构剩余极限强度的研究相对欠缺,本文采用非线性有限元分析方法,研究了不同腐蚀及裂纹损伤组合形式下FPSO结构剩余极限强度的衰减规律。结果表明,腐蚀与裂纹损伤均导致极限强度线性衰减,并且腐蚀损伤对极限强度的影响远大于裂纹损伤。研究结果对FPSO结构的设计、维护与延寿具有一定的参考价值。     

Wave load computation in direct strength analysis of semi-submersible platform structures

A wave load computation approach in direct strength analysis of semi-submersible platform structures was presented in this paper. Considering the differences in shape of pontoon, column and beam, the combination of accumulative chord length cubic parameter spline theory and analytic method was adopted for generating the wet surface mesh of platform. The hydrodynamic coefficients of platform were calculated by the three-dimensional potential flow theory of the linear hydrodynamic problem for platform with low forward speed. The equation of platform motions was established and solved in frequency domain, and the responses of wave-induced loads on the platform can be obtained. With the interpolation method being utilized, the pressure loads on shell elements for finite element analysis(FEA) were converted from those on the hydrodynamic computation mesh, which pave the basis for FEA with commercial software. A computer program based on this method has been developed ,and a calculation example of semi-submersible platform was illustrated. Analysis results show that this method is a satisfying approach of wave loads computation for this kind of platform.     

考虑点腐蚀影响的海洋钢结构剩余极限强度研究进展

为得到考虑点腐蚀影响的海洋钢结构剩余强度研究领域的发展趋势,本文对国内外该领域公开发表的文章进行综述,根据本文的研究可以发现:由于海洋钢结构的大尺度和复杂性,数值模拟已成为受蚀船体结构剩余强度的主要研究方法,但模拟结构的有效性仍需进一步检验;对于点腐蚀,就研究参数而言,长细比、DOP、体积损失是学者们最为关注的指标,但对点蚀板强度缺少时变可靠性研究;计算模型中都缺乏对焊接残余应力的考虑.本文所做的研究可为该领域下一步研究方向提供参考.     

均匀受压含裂纹损伤加筋板的极限承载能力分析

  目的  长期服役于恶劣海洋环境中的船舶与海洋工程结构,不可避免地会产生裂纹和点蚀,这些损伤会对结构的极限承载能力产生较大影响。为探讨裂纹、点蚀同时存在时对结构承载能力的影响,  方法  采用非线性有限元法开展含裂纹、点蚀损伤的加筋板在轴向压载作用下的极限强度研究。在讨论网格尺寸对含裂纹、点蚀损伤加筋板极限强度影响的基础上,开展裂纹点蚀坑相对位置、点蚀数目、裂纹长度对含裂纹、点蚀损伤加筋板剩余极限强度的影响。  结果  计算结果表明,裂纹长度、点蚀的增加会使加筋板的剩余极限强度下降明显。  结论  这些结果可用于指导全寿期船舶与海洋工程结构的设计与维护。     

含裂纹损伤箱型梁剩余扭转极限强度研究

针对含裂纹损伤箱型梁的剩余扭转极限强度问题,通过考虑结构特征及裂纹分布的差异性,基于净截面屈服理论提出更为准确地评估裂纹影响的剩余扭转极限强度简化计算公式,能够很好地反映裂纹损伤所导致的极限强度衰减趋势。利用非线性有限元方法,考虑中心裂纹与边缘裂纹2种裂纹形式,考察结构应力分布的变化与规律,验证扭转载荷下裂纹分布与裂纹尺寸对剩余极限强度的影响。数值计算表明,本文提出的公式具有较好的准确度。     

A simple formulation for predicting the ultimate strength of ships

The aim of this study is to derive a simple analytical formula for predicting the ultimate collapse strength of a single- and double-hull ship under a vertical bending moment, and also to characterize the accuracy and applicability for earlier approximate formulations. It is known that a ship hull will reach the overall collapse state if both collapse of the compression flange and yielding of the tension flange occur. Side shells in the vicinity of the compression and the tension flanges will often fail also, but the material around the final neutral axis will remain in the elastic state. Based on this observation, a credible distribution of longitudinal stresses around the hull section at the overall collapse state is assumed, and an explicit analytical equation for calculating the hull ultimate strength is obtained. A comparison between the derived formula and existing expressions is made for largescale box girder models, a one-third-scale frigate hull model, and full-scale ship hulls.List of symbols A _B total sectional area of outer bottom - A _B total sectional area of inner bottom - A _D total sectional area of deck - A _S half-sectional area of all sides (including longitudinal bulkheads and inner sides) - a _s sectional area of a longitudinal stiffener with effective plating - b breadth of plate between longitudinal stiffeners - D hull depth - D _B height of double bottom - E Young's modulus - g neutral axis position above the base line in the sagging condition or below the deck in the hogging condition - H depth of hull section in linear elastic state - I _s moment of inertia of a longitudinal stiffener with effective plating - l length of a longitudinal stiffener between transverse beams - M _E elastic bending moment - M _p fully plastic bending moment of hull section - M _u ultimate bending moment capacity of hull section - M _uh ,M _us ultimate bending moment in hogging or sagging conditions - r radius of gyration of a longitudinal stiffener with effective plating [=(I _s /a _s )^1/2] - t plate thickness - Z elastic section modulus at the compression flange - Z _B ,Z _D elastic section modulus at bottom or deck - slenderness ratio of plate between stiffeners [= (b/t)(_y/E)^1/2] - slenderness ratio of a longitudinal stiffener with effective plating [=(l/r)(_y/E)^1/2] - _y yield strength of the material - _yB , _yB , _yD yield strength of outer bottom, inner bottom - _yS deck, or side - _u ultimate buckling strength of the compression flange - _uB , _uB , _uD ultimate buckling strength of outer bottom - _uS inner bottom, deck, or side     

点蚀损伤板在复杂受力状态下的极限强度研究

采用非线性有限元软件模拟船底板单面点腐蚀,通过对边缘载荷系数比、蚀坑分布、直径、深度的改变,经过一系列的数值计算分析,结果表明横向载荷和侧压对板的极限强度影响不可忽略,计算板的极限承载能力时需要考虑计及侧压与横向载荷。在复杂受力状态下,就单考虑蚀坑深度时,板表面的蚀坑深度在0~0.5t区间变化时,极限强度相应的折减率比大于1/2板厚时更大,极限强度对蚀坑深度更加敏感。腐蚀面积不能有效表征腐蚀程度,当DOP系数相同时,点蚀后板的最小横截面决定了极限强度的大小。