SPAR平台上部模块就位安装过程的碰撞响应分析(英文)

In order to assess the possible collision effect, a numerical simulation for the upper module and spar platform docking at the speed of 0.2 m/s was conducted by using the software ANSYS/LS-DYNA, and the time history of the collision force, energy absorption and structural deformation during the collision was described. The purpose was to ensure that the platform was safely put into operation. Furthermore, this paper analyzes different initial velocities and angles on the Von Mises stress and collision resultant force during the docking collision. The results of this paper showed that the docking could be conducted with higher security. The data in this paper can provide useful references for the determination of the upper module's offshore hoisting scheme and practical construction by contrasting the numerical simulation results of the parameters on the docking collision.     

自升式平台管结构碰撞损伤机理研究

文章以自升式海洋平台桩腿直管结构为研究对象,采用简化解析法和有限元数值仿真法对其在侧向冲击载荷作用下的变形机理进行了研究。文中首先基于前期试验,对管结构的变形模式进行了简化,并利用塑性力学理论求解出管结构的碰撞力与撞深解析表达式。然后利用有限元软件ABAQUS,对管结构的动态响应进行了数值模拟,将得到的碰撞力与撞深曲线与解析结果对比,以此验证文中解析方法的准确性。该文的研究成果可以为大型平台结构碰撞性能研究提供技术支撑。     

船舶撞击弧形防撞装置模型试验及数值模拟方法研究

文章采用船舶撞击防撞装置模型试验与数值模拟对比分析的方法,验证了拱型桥梁新型弧形防撞装置结构碰撞计算模型的准确性。试验中采集4000t级1:100自航船模撞击防撞装置比例模型的碰撞力、撞击点挠度、弧形两端支反力三者的历程曲线作为数值模拟对比的依据。碰撞计算模型应用了一种新的基于ABAQUS用户子程序模块开发的动浮态计算方法,以及新的基于最小二乘法的混合数值-试验阻尼系数识别方法。通过对比发现,计算结果各参数曲线峰值与模型试验结果相差15%左右,其中碰撞力峰值点误差在10%以内,挠度和支反力峰值点误差在15%以内,对比的误差大小也反映了整个碰撞模型的准确程度,该误差可考虑为结构设计中评价依据或安全系数。     

油轮艏部结构碰撞特性研究

在船舶碰撞中,船艏是主要作用方.船艏结构的碰撞特性是影响船-船碰撞过程中被撞船舷侧结构损伤程度的决定因素.为减少碰撞事故损失,应从碰撞的观点对船艏结构的特性进行研究,提出一种研究船艏的碰撞特性的方法及表征船艏碰撞特性的特征量,据以改进船艏设计.根据船艏结构本身的碰撞破损过程,对船艏结构碰撞力与破损深度的关系、艏部构件在碰撞过程中的损伤形态和能量耗散进行了研究,指出碰撞力曲线是船艏结构的一种固有特性.提出了碰撞力面积密度曲线的概念,它可以用于定量表达船艏结构对其它结构的破坏能力.利用有限元数值模拟方法计算了一艘4万吨船艏的碰撞损坏实例,显示了上述碰撞特征并讨论了提高碰撞数值模拟计算精度的方法.     

聚脲涂层舷侧板架抗撞性能试验研究

针对船舶舷侧结构抗碰撞问题,开展有无聚脲涂层舷侧板架落锤试验研究。以某型舰船结构为依据建立舷侧板架有限元模型,利用瞬态动力学软件MSC/Dytran对模型进行数值仿真并确定落锤高度及试验工况。在此基础上,制作模型板架进行有无聚脲涂层舷侧板架落锤冲击试验,分别获得有涂层和无涂层舷侧板架在碰撞冲击载荷作用下的损伤变形、破口大小及碰撞力,对比研究聚脲材料的抗撞防护性能。结果表明,聚脲涂层的存在能够加强舷侧板架的耐撞防护性能。     

计及船体梁载荷影响的船舶舷侧结构碰撞性能

以被撞船舷侧结构作为研究对象,建立了两船发生侧向对中垂直碰撞的非线性有限元模型。并以此为基础,进行了被撞船舷侧结构碰撞数值仿真研究,得到了能量-碰撞船位移以及碰撞力-碰撞船位移的关系曲线;研究了预载荷对船舶舷侧结构碰撞性能的影响。数值仿真结果表明,由于船体梁载荷的作用,船舶结构碰撞性能受到一定程度的削弱。     

超大型油船双壳舷侧结构的碰撞性能研究

应用非线性有限元数值仿真方法研究了超大型油船双壳舷侧结构的碰撞性能，分析了各个构件的损伤模式和吸能特性，获得了碰撞力，能量吸收和损伤变形的时序结果，并给出具有指导意义的一般性结论。     

碰撞/搁浅事故中船体强桁材结构损伤机理解析预报方法研究

随着航运业的快速发展,海上航行的船舶越来越多.尽管人们做了许多努力避免海上意外事故的发生,但海难事故依然不可避免.为了降低上述事故造成的损失,需要在设计阶段快速并准确地预报船舶的结构耐撞性.本文以强桁材结构为研究对象,通过开展准静态冲压试验及相应的数值仿真,分析强桁材结构在面内冲压载荷作用下的变形机理,并基于试验与仿真所得到的结构变形特点,提出强桁材面内受压时的变形模式.以此为基础,运用塑性力学理论,推导出结构变形能、瞬时结构变形抗力及平均结构变形抗力的解析预报公式,并将计算结果与试验结果进行比较验证.研究得到的结构面内受压变形能和抗力解析计算公式,可以快速评估事故载荷下结构的响应情况,包括结构变形阻力及能量耗散,具有使用方便,计算速度快,计算结果相对可靠的优点,对船体耐撞结构设计及抗撞性能评估具有一定的指导意义.     

大型浮式结构物结构碰撞性能分析

碰撞事故是基于事故极限状态设计重点考虑的对象,在设计中越来越受到重视。文章以某大型浮式结构物为研究对象,总结分析ISO、API、HSE、DNV、ABS、BV、LR等标准及规范对碰撞场景的相关规定,提出碰撞分析场景及设计衡准;基于简化分析技术建立碰撞力学模型,利用动态非线性结构分析软件ABAQUS进行仿真分析,通过分析塑性应变、塑性变形、吸能、碰撞力及运动等,校核评估舷侧结构的耐撞性能;分析不同碰撞位置、撞击船型式等对碰撞性能的影响。研究表明:目标大型浮式结构物舷侧结构碰撞事故极限强度满足规范要求,首柱撞击相对比较危险,可作为计算分析控制工况。     

半潜式生活支持平台碰撞敏感性研究

为解决钻井平台服务的半潜式生活支持平台在动力定位或系泊系统失效时会与钻井平台发生碰撞问题,通过不同碰撞速度与不同碰撞位置下的对比分析,研究了两者对于生活支持平台碰撞特性的影响。利用SpaceClaim-HyperMesh软件联合建立了生活支持平台与钻井平台计算模型,从实际靠泊作业出发,确立了对比分析的碰撞速度与碰撞位置。从碰撞力变化、结构损伤、能量转化方面进行了对比分析,得出以下结论:碰撞速度影响碰撞力峰值与结构损伤范围,碰撞力变化在不同碰撞速度下大致相同;随着碰撞速度增大,平台吸收动能占比增大,变形能占比下降;30°斜向撞击时,碰撞剧烈程度明显低于对中正撞,碰撞力峰值小很多,更多的初始动能转化成了2座平台的动能,大幅减少了变形能的吸收,缩短了碰撞持续时间。     

海洋平台磁流变模糊半主动振动控制研究

为更有效地减小海洋平台动力响应,采用基于模糊控制算法的磁流变阻尼器对海洋平台的振动进行控制.以海洋平台位移响应误差和误差变化为输入变量、以最优控制力为输出变量,优化设计出模糊控制器,根据磁流变半主动控制算法提供接近于最优控制力的半主动控制力.数值仿真结果表明:在模糊磁流变控制中,无论是对于位移反应、速度反应还是加速度反应都可以实现非常有效的控制.     

补给作业船舷侧碰撞损伤环境研究

基于横向补给作业中各个阶段可能出现的舷侧碰撞模式所确定的两船碰撞发生时的夹角和补给作业船受撞位置,进行横向补给作业船舷侧碰撞损伤仿真研究。分析了补给作业船的吸能特性和碰撞过程中两船的运动状态,获得了碰撞力、能量吸收和损伤变形的时序结果。该文的研究可对于开展补给作业船舷侧碰撞结构损伤评估、舷侧抗撞结构的优化设计提供指导。     

船艏横向加强框架对船艏耐撞性能的影响

在撞击过程中船艏结构的典型损伤是外壳板和内加筋的褶皱，撕裂和弯曲。在以前的船舶结构的碰撞分析的简化方法或数值模拟中往往略去横向肋骨框架对船艏碰撞性能的影响。本文利用有限元数值仿真方法研究了横向肋骨框架在碰撞损坏过程中的作用，发现其对船艏结构的损伤形态、碰撞力及能量耗散有重要影响。因而是碰撞计算中不可忽略的因素。     

一种新的碰撞耗散能快速估算方法及其在船—平台碰撞事故中的应用研究

海洋平台在作业过程中存在遭受船舶碰撞的潜在危险,一旦事故发生将可能导致结构严重损伤从而影响平台的作业安全,因此在平台结构设计阶段需要考虑其抗撞性能.文章以海洋供应船撞击半潜式钻井平台为研究对象,基于碰撞外部动力学理论和DNV规范计算方法,计及平台艏摇运动响应的影响,提出了一种新的耗散能估算方法-DNV`R解析法.以非线性有限元船-平台碰撞数值仿真结果为参考,将该解析法与规范法、Zhang解析法及Liu解析法计算结果进行对比,研究得出:文中所提出的DNV`R解析法弥补了规范法较为保守且仅适用于对心碰撞场景的不足,计算过程简单、便捷,且计算精度与Zhang解析法和Liu解析法基本接近,能够满足船-平台碰撞耗散能快速估算的精度要求.     

系泊油轮与海上平台的碰撞力分析

考虑风、浪、流的联合作用以及平台护舷非线性恢复刚度,研究船舶系泊状态与平台的撞击力及其分布规律。针对不同的风、浪、流的作用方向以及不同的风速、波高及流速,计算波浪和海流的载荷,建立系泊船舶的分析模型,采用频域与时域分析方法,进行系泊船舶运动及其与平台之间碰撞力的仿真,得到系泊船舶与平台的碰撞力时间历程,并分析不同碰撞力发生的概率,确定发生最大碰撞力的风、浪、流方向,比较常量护舷刚度与非线性护舷刚度的计算结果。结果表明,橡胶护舷刚度的选取对于碰撞力的计算结果影响显著,选取非线性护舷刚度计算靠泊碰撞力十分必要,用目前的经验公式计算得到的碰撞力偏差较大。     

海洋平台上部模块称重结构优化设计

海洋平台上部模块在陆地建造完工后需要进行称重作业,用称重结果验证理论重量重心,确保海上吊装时上部模块的重量重心满足设计要求.称重结构是用于称重作业的临时构件,是完成称重作业的必要条件.文章以国内某海洋平台上部模块为研究对象,在常规称重结构的基础上,提出优化设计方案并建立有限元模型进行验证.通过对不同优化设计方案计算结果...     

海洋导管架平台K型节点碰撞性能研究

管节点是海洋平台设计研究中的一个重要内容。本文以海洋平台中最常见的K型节点为研究对象,用MSC/Dytran数值模拟了K型节点在撞击荷载作用下的损伤特性,对平台设计中常见的管节点加强措施与未加强措施的管节点进行了比较研究,研究表明采用加强筋措施效果较好。     

Design of underwater robot lines based on a hybrid automatic optimization strategy

In this paper, a hybrid automatic optimization strategy is proposed for the design of underwater robot lines. Isight is introduced as an integration platform. The construction of this platform is based on the user programming and several commercial software including UG6.0, GAMBIT2.4.6 and FLUENT12.0. An intelligent parameter optimization method, the particle swarm optimization, is incorporated into the platform. To verify the strategy proposed, a simulation is conducted on the underwater robot model 5470, which originates from the DTRC SUBOFF project. With the automatic optimization platform, the minimal resistance is taken as the optimization goal;the wet surface area as the constraint condition; the length of the fore-body, maximum body radius and after-body＇s minimum radius as the design variables. With the CFD calculation, the RANS equations and the standard turbulence model are used for direct numerical simulation. By analyses of the simulation results, it is concluded that the platform is of high efficiency and feasibility. Through the platform, a variety of schemes for the design of the lines are generated and the optimal solution is achieved. The combination of the intelligent optimization algorithm and the numerical simulation ensures a global optimal solution and improves the efficiency of the searching solutions.     

基于解析法的船-平台碰撞耗散能快速估算方法

海洋平台在作业过程中存在遭受船舶碰撞的潜在危险,一旦事故发生将可能导致结构产生严重损伤从而影响平台的作业安全,因此在平台结构设计阶段考虑其抗撞性能具有重要意义.本文以供应船撞击半潜平台为研究对象,基于碰撞外部动力学分析理论,在浮式平台规范法耗散能计算基础上,运用解析法推导出考虑平台艏摇运动响应的船舶非对心撞击平台耗散能求解方程,同时借鉴船-船碰撞耗散能估算方法,得到一般碰撞场景即考虑船-平台在碰撞过程中相对运动的耗散能解析式,并自编计算耗散能程序,实现船-平台碰撞碰撞耗散能的快速估算.最后通过非线性有限元分析(NLFEA)方法,计算出供应船与平台在碰撞过程产生的应变能并与解析法的算例结果进行对比,结果表明:规范法耗散能估算方法较为保守,不适用于一般碰撞场景下的耗散能估算;本文所提出的耗散能解析法可用于准确可靠地估算相类似船-平台碰撞场景下撞击船的耗散能.     

半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义.该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证.计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致.