动力定位作用下S型铺管作业耦合运动分析（英文）

文章建立了S型铺管船的船体、托管架和管线动态耦合模型。考虑了海浪、风和海流载荷作用下以及动力定位系统的控制下,分析时域内管道对船舶运动和受力特点的影响。主要包括:建立起重铺管船的动力定位运动模型,建立基于碰撞-接触原理的V型托辊和托管架模型,设计具有PID伺服系统的张紧器模型,提供连接托管架和船尾的非线性弹性铰接模型。进行时域动态模拟得到结果,通过与非铺管作业工况下的运动响应的对比表明,管线对船舶横摇运动影响较大,对纵摇和垂荡运动有一定程度的影响;管道对船舶纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的受力影响极大。     

基于Workbench-AQWA的铺管船托管架结构时程分析

选择上海振华重工设计制造的用于铺设海底管道铺管船托管架作为研究对象，通过AQWA软件得到铺管船与托管架的运动响应幅值算子（RAO），并通过时域分析计算铺管船与托管架在实际海况下的波浪载荷和加速度时程；采用OFFPIPE软件对不同管径、水深的管道-托管架模型（线-点模型）进行动态铺设分析并得到托辊反力；根据托管架受载的特点，以加速度时程作为托管架的载荷条件对其进行结构时程分析，对比在规则波与不规则波海况下的应力水平。研究成果为后续托管架设计奠定基础。     

托管架结构的动力响应分析

S型铺管法的铺管船、管道与托管架之间存在很强的动力耦合作用,难以依靠理论或数值方法准确地得到管道对托管架的动力作用。因为设计荷载的未知,托管架在铺设时的动力响应也难以确定。本文提出了一种能够分析托管架动力响应的方法,利用模型试验测量托管架的托辊动荷载,并建立原型托管架的有限元模型,将托辊动荷载及船体运动作为时域分析的荷载和边界条件引入有限元模型,并根据工程规范对托管架的动强度和动刚度分别进行了验证。     

作业状态下铺管船托管架联合体的水动力性能研究

本文将铺管船托管架联合体为研究对象,对100%装载铺管和10%装载铺管两个极限工况进行数值模拟计算。以此为数据基础,对铺管船铺管作业期间多个浪向下的水动力性能进行研究。通过多海况多浪向下的船舶运动计算结果对比,详细分析托管架对铺管船水动力性能的影响。结果托管架对于船体的垂荡运动的影响较大,并随浪向的变化而不同。且加装托管架后,船体的横摇运动大幅减弱。     

J型铺管船动力定位性能研究

本文对J型铺管船的静、动态动力定位性能开展研究,得到风速包络线和推力使用率,确定了铺管船能够抵抗的极限载荷,以及在作业工况下推力使用情况。在时域中对动力定位的J型铺管船进行了运动模拟,确定了船舶的定位精度,并对铺管作业对定位能力的影响展开研究,研究了以不同角度进行管道铺设时对推力使用率的影响,在时域中研究并比较分析了进行铺管作业船舶的动力定位精度。本文明确了船舶在铺设管线时的动力定位能力,为工程实践提供参考。     

基于管道极限承载能力分析的深水S型铺管托管架基本设计研究

S型铺管托管架是铺管系统中的重要装备,起到支撑管道和引导管道入水的作用。其基本设计流程是一个复杂的循环过程,涉及铺管船推进力、张紧器张力、待铺设管道的尺寸和铺设水深等诸多参数的平衡和优选。本文基于下弯段管道在弯曲、拉伸和外压综合荷载作用下的极限承载能力分析,求解了铺管船推进力和张紧器拉力,并以此为边界条件推导了托管架长度的参数公式。以2500米水深铺设12英寸管道为例计算了所需的托管架曲率半径和设计长度,该计算方法可为S型铺管船托管架的基本设计提供参考。     

某起重铺管船航行中的托管架绑扎校核与结构分析

基于MOSES软件,建立某起重铺管船的船体模型及船体-托管架模型,计算船体-托管架在极限工况下的运动响应,得到船体-托管架的响应幅值算子(Response Amplitude Operator, RAO)值,将RAO值导入结构分析计算机系统(Structural Analysis Computer System, SACS)进行船舶航行中的托管架绑扎校核与结构分析。计算结果显示,在极限环境条件下,该船的稳性、总纵强度及艉部托管架结构均满足航行安全要求。计算方法可为同类船舶的航行安全提供参考。     

深水海底管道铺设托管架模型试验研究

针对深水铺管船的托管架,运用半实物仿真试验系统进行了研究,设计了比尺为1:20的室内托管架模型试验,运用研发的运动台模拟铺管船运动,通过半实物仿真试验,测试和分析了深水S型托管架在铺设过程中的关键力学行为。     

铺管船托管架结构动态监测系统的研究应用

近年来结构健康监测技术不断发展,现已成熟应用于桥梁、隧道、船舶以及海洋平台等结构物的健康监测中,但面向铺管船托管架结构健康监测技术的应用研究仍处于空白状态。在此研究背景下,本文以某铺管船为例,研究开发了一套适用于铺管船托管架的结构作业动态监测及预警系统,实现了对托管架结构健康实时和科学的监测。为保证监测系统的安全性,进行了防护密封方案研究,并通过模型试验验证了方案的可靠性。最后通过海上测试采集监测数据,对实测数据进行分析,确保托管架的安全性。     

陆丰7-2海底管道铺设敏感性分析

海底管道铺设过程的敏感性分析是海底管道安装设计的重要内容,通过海底管道铺设敏感性分析可以明确铺管作业的操作参数,为海上铺管作业提供支持,并有效识别铺管过程的潜在风险。采用铺管软件OFFPIPE建立海底管道铺设模型,对陆丰7-2海底管道铺设张力、水深和托管架角度等参数敏感性进行了分析,明确了蓝疆号铺管船的铺管作业参数,为安全可靠地铺设海底管道提供了技术支持。     

深水海底管道S型起始铺设中海管的完整性评估

以中国南海荔湾深水气田开发项目为依托,以具备动力定位的HYSY201作为铺管船,开展深水海底管道S型起始铺设过程中海管的结构完整性评估。采用海管、铺管船、起始缆、起始端PLET和辅助浮筒系统耦合动态分析方法,通过合理设计托管架半径、海管离去角、海管铺设张力以及作业气候窗,使得在整个起始铺设和正常铺设过程中,海管的Von Mises应力、结构应变以及局部屈曲均满足设计及规范要求。     

基于ANSYS的深水海底管道铺设受力分析

采用ANSYS11.0研究深水海底管道铺设过程中管道变形及受力。针对海底管道铺设边界的特殊性,提出了边界处理的新方法。根据管道在触地点处所受海底反力为零的假设,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)编程迭代,寻找出管道触地点;根据给定的托管架形式,迭代求出管道与托管架的分离点。利用pipe59单元模拟管道的大位移非线性变形,分析了张紧力、水平力、悬跨段弯矩、悬跨段长度及管道与托管架的分离角之间的关系,据此工程人员可以根据所要控制的悬跨段弯矩计算所需的张紧力和入水角。最后通过与OFFPIPE专用软件所得结果进行比较,说明方法的可行性与准确性。     

S型铺管中上弯段管道受力研究

在使用S型铺管法铺设海底管道过程中,位于托管架上的管道(简称为上弯段)因受到较大的张力、弯矩及托管架的支撑反力作用,容易发生局部屈曲破坏。文中将托管架简化为连续型和滚轮支撑型两种,对连续型托管架上的管道进行了理论研究,并利用非线性有限元方法模拟了滚轮支撑作用下海底管道的受力状态。然后以12英寸管道为例,将两种托管架上的管道应变分布进行了对比。结果表明在连续型托管架上管道应变是一条直线;而滚轮支撑托管架上应变为波浪线,在滚轮作用处较大,滚轮之间较小。而且,应变随着张力的增大而增大,随托管架半径的增大而减小。     

Dynamic loading history and collapse analysis of the pipe during deepwater S-lay operation

In the deepwater S-lay operations depending on the required stinger radius and rollers configuration, relatively large plastic deformation is induced when the pipe passes over the stinger, under the combined loadings of bending, axial tension, roller reaction force and the pipelay vessel motion. The resulting plastic deformation does not vanish after the pipe leaves the stinger. It accumulates until the pipe reaches the seabed. The inherited residual deformation might reduce the collapse capacity of the pipe under the external pressure loading. The present paper investigates the dynamic loading history of the pipe during the S-lay operation based on a test-verified finite element model, and then calculates the residual plastic deformation of the pipe cross-section after the pipe reaches the seabed. Finally, the nonlinear collapse analysis is implemented based on the modified RIKS method to evaluate the capacity of the installation-induced deformed pipe. The results confirm that the deepwater S-lay operation will lead to obvious plastic deformation of the pipe, which decreases the pipe collapse capacity to some extent.     

柔性托管架伸缩式机构设计

国内对托管架的研究大多将其视为固定半径的刚性结构,其难以适应复杂多变的深海环境,柔性托管架核心技术被国外公司所垄断,且未公开完整的设计流程。本文以柔性托管架的伸缩式机构为研究对象,对常见的石油装备驱动机构进行分析,基于层次分析法选择最佳机构;对伸缩机构所在管段组进行有限元分析,设置参数改变管段组运动状态,分析伸缩机构对其力学性能的影响。研究为伸缩机构的设计和制备提供科学依据与研究基础,以期在柔性托管架领域得以应用和实践。     

Cyclic plastic deformation of overbend pipe during deepwater S-lay operation

In deepwater S-lay operations, the combined influences of stinger curvature, axial tension and roller support force can induce very large plastic deformation in the pipe. Dynamic loads from vessel motion and pipe sliding down the stinger lead the cyclic plastic deformation. This paper investigates the cyclic plastic stress history of the overbend pipe subjected to the dynamic pipelaying loading. The dynamic roller support forces are obtained through an innovative large scale hybrid substructure experiment constructed to simulate the pipe-stinger impact behavior. The measured roller forces are used to verify a 3D finite element analysis results developed with ABAQUS/Standard to observe the dynamic pipe stress history. The results confirm that the roller support can induce stress concentration in the pipe and the combined dynamic pipelaying loadings can cause extensive cyclic plastic deformation.     

深水铺管船托管架总装工艺探讨

托管架是深水管道铺设中的重要设备之一,结合深水铺管起重船托管架建造项目,针对托管架的装配特点,从托管架的制造精度控制、虚拟装配、吊装、工装设计等方面对深水铺管托管架的海上总装工艺进行了探讨,进而为大型结构物的海上装配提供了技术参考.