基于Longuet-Higgins分布的深水立管疲劳分析

利用Longuet-Higgins分布将表征长期海况的波浪散布图分解为单个规则波的散布图,以此进行深水立管的疲劳分析,并与雨流法的计算结果进行了比较.结果表明：波浪散布图的离散应充分考虑系统响应的影响;若将波浪散布图离散得较为理想,则采用该方法计算得到的疲劳寿命将和雨流法的结果非常接近,且离散的越精细,其结果也和雨流法的越接近.该方法计算速度快、占用硬盘空间少,可用于实际工程中深水立管的疲劳分析.     

灾害性海洋环境下深水立管结构可靠性研究

针对南海深水海域可能出现的灾害性海况条件,基于先进的深海浮式平台系统时域耦合分析和立管结构有限元动力响应计算的结果,采用广义极值理论,通过对非线性随机动力响应结果的数值拟合,研究了灾害环境下载荷概率模型的构建方法.基于结构可靠性技术,分析了立管构件的屈服极限状态,并进行了立管系统失效概率的求解及随机变量敏感性分析.结果表明,所提出的方法能充分考虑了深海平台系统的耦合效应,可以为灾害性海况下深水立管的可靠性评估提供有益的参考.     

钢悬链式立管的浪致疲劳

为计算钢悬链式立管在波浪作用下所产生的浪致疲劳损伤,使用水动力专用软件Hydrostar对Spar平台的运动响应进行分析,获得Spar平台的运动频率响应函数;使用AN-SYS有限元分析软件对钢悬链式立管进行谐响应分析,获得立管的应力频率响应函数;采用Miner线性累积损伤理论、S-N曲线以及自编的损伤程序获得立管的浪致疲劳损伤.对一典型深海立管的计算结果表明,浪致疲劳损伤在立管的上部与平台连接区域呈应力集中现象.     

全耦合深海平台系统中液压张紧器的数值模拟

基于利用ABAQUS开发的平台/系泊索/立管全耦合分析程序,研究应用于深海平台系统与顶端张紧式立管连接的液压张紧器的数值模型.对数值模拟液压张紧器中的刚度非线性效应、摩擦效应以及平台、张紧器和顶端张紧式立管的耦合连接方式进行了研究,提出了非线性液压张紧器模型.通过张紧器线性和非线性模型结果的比较,得到了非线性效应对立管和平台响应的影响,对提高顶端张紧式立管极限强度和疲劳寿命的预报精度有一定的帮助作用.     

下期发表论文摘要预报

灾害性海洋环境下深水立管结构可靠性研究陈昌松,薛鸿祥,唐文勇,胡志强(上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240)针对南海深水海域可能出现的灾害性海况条件,基于先进的深海浮式平台系统时域耦合分析和立管结构有限元动力响应计算的结果,采用广义极值理论,通过对非线性随机动力响应结果的数值拟合,研究了灾害环境下     

海底管道涡激振动疲劳可靠性分析

海底管道悬跨管段在波流联合作用下非常容易发生疲劳破坏,故提出管跨非线性涡激振动疲劳失效可靠性分析方法．通过多项Galerkin方法对海底管跨的涡激振动方程进行求解,获得系统的非线性动力响应;综合考虑管跨疲劳可靠性评估中相关参数和程序的不确定性,运用现代断裂力学的方法对管跨进行疲劳可靠性评估．分析了几个重要参数对管跨疲劳失效的影响程度,建立了基于裂纹扩展理论的海底管道疲劳可靠性分析的方法．通过实例计算与分析,验证了该方法的适用性和可靠性．     

钢悬链线立管触地点区域管土动力相互作用分析

钢悬链线立管(SCR)与海床土体的相互作用对立管的疲劳寿命影响很大.运用ABAQUS软件模拟了不同沟槽形状时管道初次侵入土体,得到了土体的p-y曲线.考虑海床土体竖向非线性、沟槽侧向作用力和沟槽回填土的影响,建立了SCR与海床土体的有限元模型,进行了立管整体动力响应分析.结果表明:沟槽形状不同时,土体反力曲线不同,SCR动力响应不同;管土接触面积越大土体的竖向反作用力越大;沟槽土体的回填能减小触地点弯矩幅值,能够调整整个立管的弯矩分布,从而减小立管触地点的疲劳破坏.     

基于改进响应面法的立管疲劳可靠性计算

基于现代断裂力学方法建立立管疲劳失效的极限状态函数.应用经典响应面法求解可靠性指标时,发现迭代过程会出现混沌或数值振荡现象.为避免可靠性指标计算过程中不收敛问题,引入混沌控制方法改进算法.研究表明改进的响应面法具有较好的适用性和收敛性.基于改进的响应面法重新计算立管的疲劳可靠性指标,有效解决了迭代不收敛问题,且计算结果具有较高精度.在此基础上,分析了随机变量变异系数对立管疲劳可靠性的影响.计算结果显示立管疲劳可靠性随随机变量变异系数的增大而减小,并且随机变量B变异系数对立管疲劳可靠性的影响最大.     

水轮发电机轴系横向振动响应的时间有限元法

研究水轮发电机轴系的横向振动的动力响应仿真计算方法.考虑了轴系的陀螺效应和轴承参数的非线性,采用基于Galerkin格式的不连续时间有限元法,给出了水轮发电机机组轴系统动力响应的时间有限元计算方法.据此开发了计算仿真程序,进行了实例计算和分析,并分析了各种因素对系统动力响应的影响,该方法可用于具有非线性问题的转子系统的动力响应仿真计算.     

海上采油立管的动力分析

本文应用线性波理论,通过波浪叠加法,探讨了海洋平台油气生产立管系统的动力性质。应用线性化的Morison方程计算作用于立管的波浪力,包括随机波和规则波两种情况。有限元方程的求解是通过模式叠加方法在时域内进行的。分析了波力单独作用及由波力和平台位移共同作用下立管的两种动力响应情况。介绍并比较了所得到的数值结果,包括位移、扭矩和弯矩等数据。结果表明,本文所提出的分析方法是可行的,计算机程序则可为立管的强度设计提供方便。     

隔水管非线性振动的线性化分析

本文在规则波浪与海流联合作用下对海洋钻井隔水管进行了动力分析,对非线性拖曳力采用改进的线性化方法,推导了有限元线性振动方程。求解这些方程几乎象静力方程一样,只需要少数几次迭代就可求得响应最大值。同时给出一些规则波浪与海流联合作用下的算例,并对由本文方法和由非线性时间域动力分析方法分别求得的两种结果进行了比较。比较表明,两种计算结果吻合。本文的线性化方法及把动力方程变换为静力方程的方法,能节约计算机时。隔水管是海洋工程中较典型的构件,该分析方法便于实际应用。     

多参数耦合作用下海洋立管动力响应实验

为探究多参数耦合作用下的海洋立管动力响应,设计并开展了海洋立管动力响应模型实验。模型实验的主要研究参数分为立管设计参数与流场参数。立管参数：弹性模量,边界条件、顶张力,流场参数：流速和波浪参数（波高及周期）。综合考虑五种参数进行实验室的海洋立管模型实验,模型材料选取了铝（Al）和有机玻璃（PMMA）,分别定性的对应金属立管及纤维复合材料增强海洋立管;边界条件采用两端铰接（S-S）和铰接-固接（S-F）;顶张力选取 10N和30N;外流速采用 0.3m/s和0.7m/s;波浪考虑波浪的大小分别选择周期为1.0s波高为5cm的小波浪和周期为2.0s波高为15cm的大波浪。实验研究了立管模型在 32种不同工况参数搭配下的动力响应情况,通过对实验数据分析,得出了多参数耦合作用下各参数对海洋立管的影响效果。结果表明：立管振幅与弹性模量、约束数量以及顶张力的大小成反比,与流速及波浪大小正相关,特别是在垂直来流方向,直接影响立管是否发生明显的涡激振动。     

基于全耦合模型和管土作用模型的深海悬链线立管触地区域疲劳特性分析

利用建立的浮体、立管和系泊索全耦合模型预报悬链线立管(SCR)的顶端响应,并作为立管详细有限元模型的顶端边界条件,进行疲劳响应分析.在全局有限元分析中,SCR与海床的相互作用通过开发的触地单元模拟,该单元能够考虑海床吸力的产生和释放过程,以及海床沟槽的形状.针对不同的海床参数,计算了SCR触地区域的响应,并通过雨流计数法进行了疲劳损伤分析,得到了触地区域的疲劳损伤对海床参数的敏感性.     

阶跃荷载下功能梯度材料圆柱壳的非线性动力稳定性

针对阶跃轴压和阶跃侧压下功能梯度材料圆柱壳的非线性动力屈曲问题,由能量原理推导非线性动力平衡方程,采用变步长四阶Rugge-Kutta法进行求解,得到结构的响应曲线,结合B-R动力屈曲准则给出屈曲临界状态.数值结果表明:阶跃荷载下结构变形存在一占优模态,该模态相应的结构响应发生最早,且幅值最大;阶跃轴压和侧压荷载下结构的非线性动力屈曲荷载与其相应的线性静力屈曲荷载十分接近;在阶跃轴压荷载情况下,动力荷载将激发比静力荷载更高阶的屈曲模态;增加陶瓷组分含量将提高结构的动力屈曲荷载;线性温度分布与实际热传导温度场得到的临界荷载较为接近.     

中厚板立辊轧机主传动系统的非线性扭振

根据4200立辊轧机的实测参数,采用理论分析和数值计算相结合的方法建立了中厚板立辊轧机主传动系统的4自由度非线性振动模型,通过对该模型的简化求解,得到系统线性振动下的全部响应.采用Matlab软件编程求出了非线性振动方程的数值解,并采用相图、庞加莱映射图和时间历程图等方法,分析讨论参激角频率靠近线性振动固有角频率时振动系统的运动状态.为进一步讨论系统的稳定性,分析了参激角频率在固有频率间变动时的运动现象.结果表明:当参激角频率从接近一阶固有频率开始逐渐增大时,系统的运动是不稳定的,其运动状态由周期运动逐渐过渡到准周期运动,乃至混沌运动.     

核反应堆厂房的非线性抗震分析

在核工程抗震计算中 ,普遍还是采用线弹性模型进行动力计算 ,但一般结构物在强震中有可能进入弹塑性变形阶段。该文的主要目的是考察结构物在线弹性模型和弹塑性模型下地震响应的不同。以反应堆厂房为例 ,介绍了线性动力算法和非线性动力算法的不同特点 ,计算了厂房在线弹性模型和弹塑性模型下地震响应 ,并对结构响应进行了比较。与线性模型相比 ,弹塑性计算所得到的结构位移和加速度较大 ,但结构内力却相差不多。结果表明 ,采用非线性模型进行抗震计算可以得到更为真实的结构响应 ,可以更加合理地指导结构设计     

细长柔性立管涡激振动疲劳损伤分析

为了深入分析细长柔性立管涡激振动响应带来的疲劳损伤,在拖曳水池中对柔性立管进行了试验研究.由拖车带动立管运动产生相对来流,再根据测试得到的应变数据,结合材料常数得到立管的疲劳损伤.分别使用了基于单频率、常幅值的频域法以及多频率、变幅值的雨流法对疲劳损伤进行分析.分析发现:不同流速、相同模态阶数下的应变响应频率很接近,是由不同的流速在立管周围产生不同的流体附加质量所致.在大多数情况下,频域法得到的预测疲劳损伤比雨流法得到的真实疲劳损伤要大;但在少数情况下则相反.     

一种宽带船舶结构疲劳损伤的直接计算方法

针对宽带船舶结构疲劳损伤的直接计算问题,从各短期海况下应力的响应谱及相关参数计算、应力峰值分布模型、等效应力范围推导等方面进行分析.采用不同模型对误差函数进行数值求解,得到等效应力范围,进而得到各短期海况下的疲劳累积损伤以及长期海况下损伤值,从而形成了一种宽带船舶结构疲劳直接计算方法.以某高速三体船为例的计算结果表明,采用精确解模型所得损伤结果与雨流计数方法所得结果较为接近.     

深海顶张式立管组合参激共振的非线性振动分析

研究了深海顶张式立管参数激励和涡激共同作用下的非线性振动特性.考虑平台升沉运动激励和涡激力建立立管振动方程,采用多尺度方法求解立管振动方程的近似解析解.考虑和型组合参激共振1 2?????情况研究立管的振动特性,计算得到了立管的幅频响应曲线,分析了平台升沉运动对深海立管非线性振动的影响.结果表明:当参激频率满足和型组合参激共振条件时,立管振动响应中频率为1/2参激频率的亚谐波成分明显;且由于内共振关系的存在,立管1阶模态被激发,其幅值远大于2阶模态幅值;随着平台升沉运动幅值的增大,立管横向振动幅值显著增大,这表明平台运动对于立管弯曲振动有重要影响.     

基于PDEM的TTR参数振动响应分析策略

提出了一种基于概率密度演化方法(PDEM)的结构动力可靠性分析策略,以一个特定的顶张紧式立管(TTR)为算例,计算了其随机参数激励振动响应的平均超越率,进而较为准确地评估了立管的动力可靠性.同时,还分析了立管发生参数共振时其响应概率的重尾分布特性.最后,分析了立管振动系统中的阻尼、参数激励强度和参数激励频率对立管振动响应的影响.结果表明:增大阻尼和减小参数激励强度可以起到减弱参数共振的效果,但是在设计阶段,最为有效的避免参数共振的方法是调整结构的各阶固有频率,使其远离参数激励谱峰值频率的一半;当各阶固有频率与谱峰值频率的比例不在46%～67%范围内时,参数共振效应很弱,可以忽略不计.