深水张力腿平台非线性涡激特性及水动力性能研究

平台涡激运动易导致立管及系泊系统疲劳损伤,危害其安全稳定性。该文引入雷诺平均法求解NS方程结合DES湍流模型对不同流速下深水张力腿平台三维涡激运动及流场特性进行了数值研究。采用GAMBIT软件建立计算网格,将求解动力学控制方程的代码嵌入UDF求解器中,采用动网格技术实现流场更新并求得作用于平台立柱和浮箱上的瞬时升力和拖曳力。采用最大值统计法和均方根统计法进行数据统计。研究发现:张力腿平台涡激运动流向振幅的大小随着约化速度的增大而增大,但在小范围内波动;横向振幅曲线最大值出现在0°来流、约化速度U~*=8.0处,大小为0.38D;三种来流工况流向平衡位置随无因次速度的增大而增大,但增长速度有所区别,22.5°和45°下流向平衡位置的增加速度要明显大于0°来流;22.5°来流升力系数谱能量较为分散,立柱及浮箱之间的干扰具有强非线性效应;最后对张力腿平台表面压力系数分布及涡量等值面特性进行了分析和探讨。     

冰激自升式钻井平台的动力响应分析

由于冰荷载研究的限制,冰区自升式钻井平台尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计。为了合理地开展自升式平台结构的抗冰概念设计与安全评价研究,冰荷载下自升式钻井平台的动力响应分析是十分必要的。该文首先分析该类柔性结构在动冰荷载下的动力特性;其次,结合开展的自升式平台冰荷载模型实验研究,明确带齿条桩腿的自升式平台冰荷载作用形式;最后,对渤海某自升式钻井平台在典型冰况下进行冰振动力响应分析。文中的研究对冰区自升式钻井平台抗冰设计及冰振安全评估提供了合理的参考。     

半潜平台内孤立波载荷特性数值模拟

以三类内孤立波理论KdV、e KdV和MCC的适用性条件为依据,采用Navier-Stokes方程为流场控制方程,将内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口边界条件,建立了两层流体中内孤立波对半潜平台强非线性作用的数值模拟方法。结果表明,数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致,并且在内孤立波作用下半潜平台水平力、垂向力及其力矩数值模拟结果与实验结果吻合。研究同时表明,半潜平台内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,其中摩擦力很小,可以忽略;水平力的主要成分为波浪压差力和粘性压差力,粘性压差力与波浪压差力相比较小却不可忽略,流体粘性的影响较小;垂向力中粘性压差力很小,流体粘性影响可以忽略。此外,半潜平台对内孤立波的波形及其诱导流场的影响很小,因此采用Morison和傅汝德—克雷洛夫力公式计算其内孤立波载荷是可行的。     

岛礁地形下半潜平台水动力性能研究

文章基于一岛礁实地的地形数据,针对该地形下的半潜式平台进行了水动力及运动响应分析,重点研究了岛礁地形对平台运动响应的影响,并结合模型试验结果进行了对比分析。结果表明应用目前常用的以线性波浪理论为基础的数值方法,通过引入对地形与平台之间的绕射与辐射水动力的干扰计算,可以对岛礁地形下的半潜平台进行水动力和运动分析。研究所得到的岛礁条件下的平台运动响应结果与模型试验值对比较为吻合。     

半潜式钻井平台用钢DH36安定行为试验研究

为了给半潜式钻井平台的安全性和寿命评价提供可靠试验依据,在室温下对半潜式钻井平台用钢DH36钢进行了考虑加载波形、加载速率和应力比影响的多工况单轴棘轮安定试验。结果表明:循环硬化速率随循环周次的增加快速下降,在低于某一值的循环应力作用下,应变将最终趋于棘轮饱和状态;正弦应力波比三角波更快地趋于安定,采用较低的加载速率可以加速材料趋向饱和棘轮状态;峰值应力固定不变时,棘轮应变对应力比历史无明显的记忆性;波形和加载速率对饱和棘轮应变的影响有限,饱和棘轮应变随着应力峰值的增加而增大。     

自升式钻井平台的抗冰性能评价

自升式钻井平台属于典型的柔性结构。由于冰与柔性抗冰结构相互作用的复杂性,长期以来尚未形成基于动冰力响应分析的结构设计。结构抗冰设计中大都是从极端荷载出发,只考虑最大静冰力或最大倾覆力矩是否能推倒平台。基于对渤海辽东湾柔性抗冰平台的多年监测,发现强烈的冰激振动引起平台管节点疲劳失效、上部设施的非正常运行、作业人员不舒适等问题的风险性要远大于极端静冰荷载下结构的整体安全问题。文中基于多年现场冰与结构作用观测及冰荷载的研究成果,提出了柔性抗冰结构设计中应考虑的主要失效模式及评价方法。最后,以渤海某典型自升式钻井平台为例,对其抗冰性能进行评价。该文的研究可为寒区自升式平台的抗冰概念设计提供合理依据。     

一种新型延展式张力腿平台及其水动力性能

文章提出了一种由四个立柱和一个环形浮箱（四个方型截面梁组成）组成的新型延展式张力腿平台。与传统延展式张力腿平台相比,新型延展式张力腿平台有更少的组块和组块间焊缝,因此它的建造成本更低、建造周期更短。新型延展式张力腿平台将延展式结构改进为浮箱的一部分,这就解决了传统平台的延展式结构与浮箱连接处焊缝疲劳损伤问题。文中对结构进行了水动力性能分析以证明其动态响应可靠性。基于三维势流理论对新型平台进行频域内的数值模拟,得到了新型平台的附加质量和势流阻尼。考虑新型平台和张力筋腱系统的耦合作用,分析了新型平台在风、浪、流联合作用下的非线性动态响应。时域分析得到了新型平台在时域内的位移响应。水动力分析结果证明了新型延展式张力腿平台有可靠的水动力性能,并且满足在南海环境条件下的安全要求。     

北海恶劣海况下半潜钻井平台总体屈服及屈曲强度分析

针对在北极及北极圈极寒恶劣海域工作的半潜式钻井平台总体强度问题,利用DNV专业软件SESAM对国内首座入级DNV船级社的自主研发基础设计项目——半潜式钻井平台进行总体强度分析。计算结果表明:平台总体强度情况满足要求,需要对局部连接处进行细化分析,根据强度利用率认为局部结构可以进一步优化。     

半潜平台总体强度模型重量重心调平方法

分析半潜式钻井平台重量分布特点,结合重量分布与重心计算原理,将平台按照重量分布分块,推导出可以准确模拟平台的真实重量重心的参数方程,工程实例计算验证该方法的可行性与可靠性,结果表明该方法能够在满足工程精度要求的前提下,快速完成总体强度模型调平工作。     

半潜平台倾斜试验数据误差分析

结合某实际半潜平台项目,讨论影响半潜平台倾斜试验结果准确性的因素及数据读取方法,对读取的数据进行误差分析,提出减小误差的具体措施,为该平台后续稳性分析计算提供基础数据。