Application of analytical model in the prediction of dynamic responses and fatigue damage of flexible risers: Part II – Dynamic analysis of flexible risers in large-scale domain using a direct moment correction method

In recent years, the dynamic responses of flexible risers have been the focus of many researchers. Most flexible risers undergo a substantial level of irregular motion from environmental loadings, which involves a continuous slip of helical wires. The slip of helical wires especially leads to a hysteretic effect by reducing the bending stiffness, making it hard to predict the dynamic responses of flexible risers. The current study, as an extension to Part I, presents a new large-scale dynamic analysis method for flexible risers. The suggested method creates a large-scale model for the dynamic analysis that considers a geometric and bending nonlinearity of flexible risers. The kinematics of each beam element is formulated based on a Green-Lagrangian strain and the interaction with the seabed, providing a realistic analysis of flexible risers. In particular, the current study introduces a direct moment correction method that modifies the internal force vector using an improved analytical model. The improved analytical model is assigned at each node of the large-scale model and estimates an accurate bending hysteresis curve considering the effect of shear deformation and varying tension. The suggested method corrects the bending moment and shear force of all beam elements based on the bending hysteresis curves obtained from the improved analytical model, by which a complex bending behavior of flexible risers is reflected in a large-scale domain. As a result, this study achieves a more accurate prediction of the dynamic responses and fatigue damage of flexible risers. A new dynamic analysis program, called OPFLEX, is developed herein based on the suggested analysis method. Using the developed program, the current study conducts several numerical investigations to identify the effect of the shear deformation and varying tension. Consequently, it is confirmed that the shear deformation of internal layers reduces the fatigue damage of helical wires by delaying the increase of internal stress. It is also identified that the effect of varying tension deteriorates the fatigue life of flexible risers through a continuous change of contact pressure during bending.     

初始条件对驾驶员逐日路径选择行为和网络交通流演化的影响

从查阅到的文献可以看到,在驾驶员逐日路径选择行为及网络交通流演化的研究中,均假定驾驶员第1天对路径的理解行程时间相同,也即初始条件中没有考虑驾驶员的个体差异性。首先,对初始条件和驾驶员逐日路径选择过程建模,在2条平行路径的简单路网中,运用Agent仿真方法模拟了不同初始条件下驾驶员逐日路径选择过程。结果表明：路网达到平衡所需的时间与驾驶员对历史信息的依赖程度显著相关,而与第1天驾驶员对路径行程时间理解的相关差异性不显著;路网平衡和用户平衡的差别与两者均显著相关。虽然在不同情况下路网均能够达到近似的用户平衡状态,但是平衡时驾驶员对2条路径的理解行程时间存在较大差异。     

车辆荷载和车道荷载对桥梁结构可靠度的影响

公路桥梁结构的整体计算采用车道荷载,结构的局部计算采用车辆荷载,车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加.将采用这2种荷载设计的结构进行可靠度对比,结果表明,按车辆荷载设计的结构满足正常使用功能的可靠度偏低,更容易发生损坏,这些损坏会影响到结构的正常使用.提出通过调整重型车辆通过桥梁时的交通行驶规则,增大结构按正常使用极限状态设计时车辆荷载的代表值,从而提高按车辆荷载设计的结构可靠度.     

公轨两用桥钢混结合段的疲劳荷载参数研究

介绍菜园坝大桥钢混结合段轨道交通疲劳荷载参数确定方法。该方法基于轻轨车辆相遇符合正态分布的假设,采用雨流计数法统计出轨道交通造成钢混接头结构的疲劳内力幅值,然后按照Miner线性累积损伤准则等效成便于试验研究的等幅疲劳荷载。该方法可为同类桥梁设计和研究提供参考。     

路面非周期一维温度场的傅里叶级数解

首先把路面温度场简化为非周期一维温度场,用分离变量法得到齐次边界条件下与温度场基本方程相容的傅里叶级数;然后用格林公式在边界展开热传导方程,得到傅里叶级数系数的常微分方程组,并用拉普拉斯变换求解;最后用实测数据标定的材料参数预测路面温度场。分析结果表明：傅里叶级数第4项仅在-0.1℃～0.1℃范围内波动;初始温度扰动对温度场有短时影响,如果扰动深度增大则影响时间变长;用实测数据标定模型后,模型可以较准确地预测路面温度场,标准差为1.88℃。     

沥青混合料拉压疲劳损伤试验

为研究沥青路面结构实际处于拉压应力作用下的疲劳损伤特性,针对沥青混合料AC-13开展了连续式交变正弦波形加载的小梁拉压疲劳试验。依据损伤力学基本理论,采用唯象学方法分析了沥青混合料的拉压疲劳损伤特性。介绍了拉压疲劳试验方法及影响因素,根据疲劳试验结果得到了拉压疲劳方程;基于弹性模量定义的损伤变量,建立了拉压疲劳损伤模型,拟合疲劳试验结果确定了损伤参数,获得了考虑应力水平的拉压疲劳损伤演化方程。研究结果表明:疲劳损伤参数α、β随应力水平增大而增大,且近似呈线性关系;拉压疲劳损伤演化大致呈3阶段变化规律,即损伤萌生、损伤稳定增长和损伤失稳破坏阶段;应力水平越大的损伤演化曲线越靠下,随寿命比变化疲劳损伤演化速度越缓和。     

基于粒子群算法的导弹初始备件优化配置

从备件的优化配置出发,建立了在费用和装备完好率共同约束下的备件优化模型。利用收敛速度快、全局寻优能力强、编程实现简单的特点,粒子群算法应用于该模型的求解,得到导弹初始备件的最优配置。案例分析结果表明了粒子群算法解决该问题的有效性。     

INS/GPS组合导航系统动基座初始对准研究

针对位置/速度模式的INS/GPS组合导航系统,确定其动基座下初始对准卡尔曼滤波方案,并进行计算机仿真。结果表明,卡尔曼滤波算法在动基座下INS/GPS组合导航系统初始对准中速度快、精度较高、对水平失调角有较好的估计效果,满足初始对准的基本要求。     

基于性能退化的损管模拟器液压系统可靠性评估方法

利用退化数据研究了在退化轨道不能明确表达的情况下动态损管模拟器液压系统可靠性退化的评估方法.通过模拟试验,利用外部可测参数实现了对液压系统性能退化的评估.对性能退化分布曲线进行了分析,得出失效阈值和退化度之间的关系,并对几种不同方法进行了分析比较,说明利用本文方法可以对产品的可靠性评估提供依据.     

起重铺管船的破损稳性

以一艘3 800 t起重铺管船为例,简要介绍起重铺管船破损稳性计算中一些需特殊考虑的问题,并比较横贯进水对于破损稳性的影响,结果表明:横贯进水装置对于这类船型的破损有一定改善作用。