计及系泊系统作用下半潜式生活支持平台碰撞特性研究

半潜式生活支持平台用于钻井平台生活及工程方面的支持,动力定位或系泊系统的失效都可能导致支持平台与钻井平台的碰撞。本文通过计及系泊系统作用下某半潜式生活支持平台与钻井平台的典型碰撞工况分析,对其碰撞特性进行了研究。利用Awqa-line模块得到系泊缆位移-载荷曲线,并在LS-Dyna软件中等效模拟出系泊缆对生活支持平台与钻井平台水平方向上的约束作用。利用Space Claim-HyperMesh软件联合建立了生活支持平台与钻井平台有限元模型,从碰撞速度、碰撞位置、参数设置等方面确定了生活支持平台与钻井平台的碰撞工况。从碰撞后速度、结构形变、碰撞力、能量转化等方面进行了对比分析,得出以下结论:系泊系统对平台的约束作用主要表现为平台运动的滞后效应,减缓了支持平台与钻井平台的速度变化,加快了碰撞区域结构的形变速度,造成了碰撞区域更大的结构变形。     

半潜式海洋平台受浮冰撞击作用损伤分析

基于von-Mises屈服准则的冰材料模型,采用非线性软件Ansys/LS-DYNA建立某半潜式海洋平台受浮冰撞击的有限元模型。给定浮冰某一初始动能,从浮冰和海洋平台的耗能情况和平台立柱碰撞区域应力应变的关系分析平台的损伤状况,得出平台变形是主要的耗散能量的部分,并讨论碰撞过程中结构变形和平台振动响应的关系。最后通过不同的初始动能下碰撞研究,获取了平台碰撞力和初始动能的关系,随着动能的增加,碰撞力也随着变大,但是增加的趋势却越加平缓。     

自升式平台直管结构碰撞模型试验与仿真分析

随着海洋油气开发的日益深入,海洋平台作为主要的作业基地发挥着重要作用。然而平台在进行钻井与采油作业时,与供给船、守卫船等发生碰撞的风险较大,不仅危及自身整体安全性,亦会造成巨大的经济损失。开展自升式平台碰撞性能研究,揭示碰撞过程中的损伤变形机理,对更好地开展自升式平台耐撞结构设计具有重要意义。本文以自升式平台桩腿直管为研究对象,开展平台管结构的落锤冲击模型试验,探究不同冲击速度下直管结构的动态响应特征。同时,结合有限元仿真技术对落锤冲击过程进行数值模拟,得到碰撞力、塑性变形、跨中挠度等参数,并与试验数据对比分析,从而验证数值仿真模型化技术的准确性。研究结果表明,管结构模型试验记录的数据与数值模拟的结果吻合较好,均真实反应了管结构在受到侧向冲击载荷时的动态响应,验证了模型试验技术的准确性。同时就不同冲击速度下管结构的变形与受力规律可知平台桩腿管结构的耐撞性能。本文研究成果可以为大型平台结构碰撞性能提供试验技术支撑。     

船体背液板架碰撞损伤机理研究

为研究舱内液货对船体结构损伤机理的影响,利用数值仿真软件MSC.Dytran,计算出背液板架流固耦合力、碰撞力、损伤变形以及能量吸收等,并与背空板架进行了对比分析.结果表明,背液板架的损伤机理明显区别于背空板架,流固耦合力使得结构的变形模式发生了改变、碰撞力增加、极限撞深减小.     

撞击参数对双层舷侧结构碰撞响应的影响

深入了解船体结构碰撞损伤特性和能量吸收机制是开展船舶耐撞性优化设计的前提。文章利用显式非线性有限元数值仿真技术对不同撞击条件下的双层舷侧结构碰撞响应进行了系列研究。研究结果表明：撞击位置、撞击角度和撞击速度的改变可能导致不同的碰撞损伤过程或结构损伤变形。     

深水半潜式支持平台靠泊海洋生产平台碰撞场景

以典型的深水半潜式支持平台为研究对象,利用水动力分析软件SESAM探讨平台在不同吃水、波浪条件和碰撞方向对最大碰撞速度的影响,得到波浪与速度的关系。与船舶的经验公式进行对比可知:波浪对速度的影响较小,可为海洋平台靠泊碰撞风险评估提供一定价值的参考。     

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。     

船桥碰撞下船体结构强度及动力响应分析

船桥碰撞下船体结构很容易损伤,为控制灾难性程度,船舶设计时进行船体结构强度及动力响应测试十分必要,建立船舶和桥梁的有限元模型。针对模型施加荷载,设计6种工况,动态模拟船桥碰撞过程。分析碰撞过程中的船体结构强度及动力响应情况。结果表明：根据最大相对变形和极限强度,将船体强度从低到高排序,得出船舶行驶速度越快、撞击越正面,角度越大,产生的破坏力越强。碰撞力变化特征：开始迅速上升,出现小幅度的减小,碰撞力再次上升并且达到顶峰,碰撞力迅速下降,船舶的动能逐渐减少,内能逐渐升高;行驶速度越快、撞击越正面,角度越大,动能越小,内能越大。撞深整体呈现先升高再降低最后维持平稳的变化特征;船舶行驶速度越快、撞击越正面,角度越大,撞深越大。     

水介质对船冰碰撞结构响应的影响

以极地运输船舶艏部作为研究对象,建立基于流固耦合算法的船-水-冰耦合技术对三维船艏与冰体碰撞的结构响应问题进行了研究,结合非线性有限元软件LS-DYNA对比分析了考虑流固耦合(即有水介质)的船-水-冰碰撞模型和不考虑流固耦合(即无水介质)的船-冰碰撞模型与同质量不同速度的冰体发生碰撞下的结构响应问题,揭示了不同碰撞工况下船舶在损伤变形、碰撞力、速度等方面的变化特征及差异,同时阐述了水介质在船冰碰撞中的作用,可以为极地运输船舶的抗冲击结构设计提供参考。     

撞击位置和初速度对被撞船舶舷侧结构的影响

通过ANSYS/LS-DYNA对船舯碰撞进行建模,重点研究撞击位置和初速度改变对被撞船舷侧结构的影响.经仿真计算,得到了碰撞力和吸能随碰撞船位移变化的曲线以及在极限撞深下舷侧结构的损伤状态.结果表明,碰撞船撞击位置和初速度的改变会对被撞船舷侧结构带来不同形式和程度的损伤变形.此外,还确定了船壳破损的临界速度,可为船舶设计部门提供理论依据.     

基于SPH法的冰与船舶螺旋桨碰撞数值模拟

在结冰海域航行的船舶螺旋桨会因受到冰块的撞击而出现严重的损坏。该文建立了冰—桨碰撞计算模型,冰模型采用SPH(光滑粒子流体动力学)法,运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA数值模拟了螺旋桨与冰在不同速度、位置下碰撞和螺旋桨与不同半径冰碰撞下的动态响应。对比研究了在以上单一碰撞因素下桨的变形、单元最大应力以及碰撞过程中产生的碰撞力等响应差异,定性地得出上述因素对冰—桨碰撞的影响规律,为船舶螺旋桨抗冰性能的结构设计提供参考。     

Collision analysis of the spar upper module docking

In order to assess the possible collision effect, a numerical simulation for the upper module and spar platlbrm 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 defonamtion during the collision was described. The purpose was to ensure that the platlbrm 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.     

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.     

潜艇水下碰撞特性数值研究

为分析碰撞中潜艇结构的损伤特性,选取2500t级双壳体潜艇作为研究对象,对潜艇结构进行等比例实体建模,并采取潜艇船艏与舷侧部位的撞击形式.利用大型非线性有限元软件Ls-Dyna,从能量、碰撞力和冲击环境3个角度研究碰撞的影响,得出以下结论：潜艇外壳及中间结构是吸能的主要结构,刚度较弱的潜艇艏部会产生大的塑性变形区,而刚度较强的舷侧结构的响应则以动能为主,且伴随着小范围的塑性变形区;撞击力在艏部临界速度附近,产生单峰值及双峰值现象,并确定临界速度值约为15～16kn;船长方向的冲击环境成对数函数分布,按中级损伤程度,对艇员的影响区域为距离船艏撞击区约0.11倍艇长范围.     

爆炸载荷下半潜式钻井平台月池结构动态响应

以某半潜式钻井平台月池结构为研究对象,基于一般耦合法建立拉格朗日与欧拉网格的耦合,计及应变率效应的影响,应用二阶精度求解器ROE算法结合等效当量TNT方法及理想气体状态方程,参考API规范要求设置多组计算工况,对月池结构在不同爆源高度及不同当量载荷下的动态响应进行了数值分析研究。研究发现：整体结构抗爆性能较好,未有结构发生破损失效。当爆源高度超过41.55m或当载荷增大时,对X方向月池内壁板格造成的冲击与变形损伤更大,该处结构在防爆设计时应重点考虑;平台沿Y方向的舱壁为主要吸能构件,占比最低为44.7%,当爆源高度降低时,吸能占比增加,当爆炸载荷增大时,吸能占比降低;沿X方向的舱壁吸能占比稳定约为24%。本文的研究对于评估平台结构抗爆性能,优化结构设计等方面具有一定的参考价值。     

考虑流场影响下破冰船艏部结构响应研究

通常考虑船-冰碰撞附连水的水动力效应有附加质量法和流固耦合法。本文建立了破冰船破冰场景,基于流固耦合法进行了数值仿真计算,分析了水域流场对船体的冲击压力变化、流场的速度分布变化以及流场的动能变化。同时与附加质量法的计算结果进行了比较,对比分析了船艏的碰撞力大小、损伤变形以及局部冰载荷等差异,揭示了流场对船-冰碰撞的影响规律,对于破冰船结构设计具有重要的参考价值。     

船桥碰撞及桥梁防撞结构研究

对某桥梁防撞结构的碰撞过程进行了数值模拟。介绍了船桥碰撞数值仿真中所涉及的关键技术，研究了船桥碰撞力，碰撞损伤变形、能量吸收及防撞结构各构件的变形情况，并对其进行了详细分析。数值模拟是用大型非线性动态响应分析程序MSC／Dytran来完成的。     

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。     

Design of offshore structures against accidental ship collisions

In this paper, we investigate the damage to offshore platforms subjected to ship collisions. The considered scenarios are bow and stern impacts against the column of a floating platform and against the jacket legs and braces. The effect of the ship–platform interaction on the distribution of damage is studied by modeling both structures using nonlinear shell finite elements. A supply vessel of 7500-ton displacement with bulbous bow is modeled. A comprehensive numerical analysis program is conducted, and the primary findings are described herein. The collision forces from the vessel are compared with the suggested force–deformation curves in the NORSOK code. For collisions with floating platforms we particularly focus on the crushing behavior and potential penetration of the bulbous bow and stern sections into the cargo tanks or void spaces of semi-submersible platforms. For fixed jacket platforms we investigate whether jacket braces can penetrate into the ship without being subjected to significant plastic bending or local denting.Adequate treatment of the relative strength between the interacting bodies is especially relevant for impacts with high levels of available kinetic energy, for which shared energy or strength design is aimed at. Simplifying one body as rigid quickly leads to overly conservative and/or costly solutions, and is in some cases non-conservative.The numerical analysis is used to develop a novel pressure–area relation for the deformation of the bulbous bow and stern corners of the supply vessel. Procedures for strength design of the stiffened panels are discussed. Refined methods and criteria are proposed for strength design of platforms, including both floating and jacket structures. The adequacy of the NORSOK design guidance for collisions against jacket legs is evaluated. The characteristic strength of a cylindrical column is used to develop a novel criterion for the resistance to local denting from stern corners and bulbous bows.