渤海海洋平台不规则锥体抗冰振性能

海洋平台桩腿外侧立管结构在海冰载荷直接作用下易发生强烈冰激振动响应,继而导致立管结构低周疲劳断裂破坏。提出了应用不规则锥体作为降低立管结构强烈冰激振动的方法,通过现场振动监测数据及数值计算分析表明,在工程实践应用中不规则锥体有效地降低了立管结构的冰激振动响应,避免了立管结构低周疲劳失效问题,从而也为平台结构外侧立管结构的抗冰振提供了一种参考方法。     

基于Maattanen模型的冰激疲劳寿命分析

基于ANSYS系统和海洋平台自激振动Maattanen模型,提出了计算冰激疲劳寿命的一种新方法,并开发了与ANSYS系统集成使用的计算程序。利用该程序可以实现对多自由度复杂平台结构的冰激动力精细分析,并能定量确定自激冰力、结构的动力响应和节点应力。运用该程序计算了实际平台的冰激振动响应和节点疲劳寿命,分析了不同冰力参数对平台自激振动响应的影响。对使用不同冰力模型计算出的平台疲劳寿命进行的对比结果表明,较高冰速下平台动力响应较小;自激振动是造成平台疲劳损伤的主要原因。计算结果与现场观测情况一致,这进一步验证了新计算方法的可靠性,为平台冰激疲劳设计提供了依据。     

基于Maattanen模型的冰激疲劳寿命分析

基于ANSYS系统和海洋平台自激振动Maattanen模型，提出了计算冰激疲劳寿命的一种新方法，并开发了与ANSYS系统集成使用的计算程序。利用该程序可以实现对多自由度复杂平台结构的冰激动力精细分析，并能定量确定自激冰力、结构的动力响应和节点应力。运用该程序计算了实际平台的冰激振动响应和节点疲劳寿命，分析了不同冰力参数对平台自激振动响应的影响。对使用不同冰力模型计算出的平台疲劳寿命进行的对比结果表明，较高冰速下平台动力响应较小；自激振动是造成平台疲劳损伤的主要原因。计算结果与现场观测情况一致，这进一步验证了新计算方法的可靠性，为平台冰激疲劳设计提供了依据。     

冰激柔性锥体振动实验研究

针对冰激柔性锥体振动实验研究开展得很少的现状,利用DUT-1非冻结可破碎模型冰进行了冰速变化时冰激锥体振动的室内实验模拟．模型锥体材料采用普通钢材,设计了更为贴近实际的多自由度锥体结构模型,应用改进的动态载荷时域识别方法,依据结构的位移、加速度和应变等混合动态响应,识别了冰-锥体结构动力相互作用过程中的动冰力．实验结果表明,冰激柔性锥体振动是一种以低频振动为主、间歇性的随机受迫振动和自由阻尼振动,作用于锥体上的动冰力频率成分丰富．     

筒型基础平台冰激振动下粘性土地基软化分析

为了解决由于海冰力对筒型基础平台作用而产生地基土软化,降低平台承载力的问题,应用冰激振动理论对筒型基础平台进行了冰激振动分析,通过相应的有限元计算得到筒体周围土体剪应力的最大变化幅值,并将计算结果与对应位置土体的抗软化极限应力进行了对比分析,结果表明:土体在冰激振动软化方面是安全的。提出一种判断筒型基础土体软化可能性的新方法,该方法可以对筒型基础平台冰激振动基础的安全性作出评价,对筒型基础平台的设计起到积极的指导作用。     

海洋钢悬链线立管振动响应与疲劳预测

涡激振动是引发立管疲劳损伤的关键诱因之一。基于Van Der Pol尾流振子方程，研究了不同长度两端铰接的钢悬链线立管在相同来流流量不同剖面剪切来流作用下的涡激振动响应。采用二阶中心差分法对时域和空间域的耦合方程组进行了求解，并采用雨流计数法对立管的疲劳寿命进行了预测。结果表明，立管振动沿轴向传播呈驻波和行波的混合模式，随立管长度的增加，振动响应由驻波主导转变为行波主导。受剪切来流剖面的影响，立管振动响应呈现多频特性，行波自立管的顶部向底部传播，且其传播速率随来流剪切程度及立管长度而变化。随剪切程度的增强，立管从流体中获得的能量减少，能耗增加，振动位移减少。相同来流剖面时，随着水深的增加，立管疲劳损伤增加；而水深相同时，随来流剪切程度的增加，疲劳损伤逐渐增大。     

考虑大变形的深水立管涡激振动非线性分析方法

在以往研究成果的基础上,提出考虑大变形的深水立管涡激与参激耦合振动的力学模型,并开发相应的计算程序。在验证新模型计算程序可靠性的基础上,以服役于1 500 m水深的深水顶张式立管为算例,对其涡激振动的动力特性、涡激振动的响应特征以及涡激参数和环境荷载参数对立管振动响应的影响进行研究。结果表明:提出的分析方法能够很好地预测深水立管涡激振动的特征,深水立管的涡激振动响应受顶端平台激扰的影响,其响应特征是环境荷载、立管结构参数、顶部平台垂荡运动的函数。     

随机冰载下海上固定平台管节点的疲劳寿命估算

根据冰激振动理论，分析了海冰对海上钻井平台的不同破坏形式，为了解决海洋石油钢结构在低温冰载作用下的疲劳性能问题，进行了室温与低温下随机冰载作用对钢结构疲劳裂纹扩展的试验研究。根据试验结果，计算了平台管节点的疲劳累积损伤和随机冰载的等效应力，提出了综合计算等效应力幅的新方法，给出了管节点的疲劳寿命曲线及基储算参数。     

随机冰载作用下海上固定平台管节点的疲劳寿命估算

根据冰激振动理论，分析了海冰对海上钻井平台的不同破坏形式．为了解决海洋石油钢结构在低温冰载作用下的疲劳性能问题，进行了室温与低温下随机冰载作用对钢结构疲劳裂纹扩展的试验研究．根据试验结果，计算了平台管节点的疲劳累积损伤和随机冰载的等效应力，提出了综合计算等效应力幅的新方法，给出了管节点的疲劳寿命曲线及其计算参数．这种新的计算方法，考虑了冰载相对时间和相对冰厚的随机性，能提高寿命估算的精确度     

极区船舶及海洋结构冰荷载的离散元分析

 冰荷载是影响极区船舶及海洋结构振动响应和疲劳寿命的重要因素。针对海冰的离散特性,分别采用具有黏结-破碎效应的球体单元、扩展圆盘单元以及基于闵可夫斯基和方法的扩展多面体单元构造海冰离散单元模型,分析了船体、固定式、自升式以及浮式海洋结构的冰荷载特性及分布规律。此外,为计算海冰作用下海洋结构的振动响应,建立了相应的冰激结构振动的离散元-有限元模型。在上述基础上自主研发了基于图像处理单位（GPU）并行算法的海冰离散元软件（IceDEM）,实现了对船舶以及海洋平台结构冰荷载离散元分析的大规模计算。     

海冰引起结构振动的理论及计算分析

引用多腿结构冰力研究的最新成果，建立了Ｍａａｔｔａｎｅｎ模型在多腿结构中应用的冰激振动分析方法，并编制了相应的冰激振动专用分析软件系统．运用该系统对一工程实例作了分析，结果与实测基本一致。     

抗冰导管架平台结构动力安全评估

基于现场冰激振动监测资料，论述了抗冰导管架平台进行动力失效评估的必要性，分析了在动冰荷载作用下抗冰导管架平台的动力失效模式，指出动力失效模式主要包括振动失效模式和疲劳失效模式，并介绍了基于现场实测冰力数据建立的直立结构冰力谱的计算方法．作为应用实例，利用ANSYS软件建立了Jz9—3GCP平台的有限元模型，分析了其结构特性，并对其进行动力结构安全评估． 此方法对于抗冰平台的设计和安全评估具有一定的借鉴意义．     

冰致自激振动测量与机理解释

在海洋平台上观测到了冰致结构的稳态振动,以及冰力和平台响应间的频率锁定现象.通过对实测数据和冰与结构相互作用的破碎机理分析,证明冰致稳态振动属于自激振动.给出了产生冰致自激振动的条件,提出了冰致自激振动的物理机制,指出冰致自激振动发生在冰加载速率的韧脆转变区,整个过程中冰内裂纹的形成与扩展受到了结构运动速度的控制.冰内部的微裂纹行为是解释与描述冰致自激振动的关键要素.     

冰激柔性直立桩结构振动的模型试验

冰激直立结构振动问题已在世界范围内得到了广泛的研究，但目前的研究成果与实际工程的应用要求还相去甚远．为探索冰激振动进程的控制机理，进行了低冰速、中冰速和高冰速下的动冰力模型试验．试验发现，冰激直立桩结构稳态振动过程中的控制机理是冰与结构的相互作用，而冰以间歇性延一脆压碎模式发生破坏是相互作用进程中的重要特征．基于这一现象，提出了一个直接反映冰与结构相互作用水平的参数——相互作用系数．结果表明，当该系数处于20-45时，结构在冰力作用下会发生剧烈的响应．     

隔水管随机响应疲劳可靠性分析

为实现对波流共同作用下的隔水管疲劳可靠性分析,在时域里对隔水管进行随机非线性响应计算,给出空间隔水管非线性涡激动力响应的增量迭代算法.通过计算得到的隔水管关键点的应力时间历程和应用累积损伤模型,估算隔水管的疲劳寿命并进行可靠性分析,得出不同顶部预张力、旋转刚度和相关应力成分对疲劳可靠性影响的分析结果.     

复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维／树脂基T300／QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线．基于试验数据，建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型，并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程．这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命．对于以分层破坏为主控因素的层压板，基于层间应力的计算结果，用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤，层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和．考虑分层扩展后，层压板的寿命预测结果得到明显改善．     

深水钻井隔水管与井口技术研究进展

钻井隔水管与井口系统是深水钻井装备中重要而薄弱的环节,其正确设计与使用直接关系到钻完井作业的顺利完成。系统开展了面向南海的深水钻井隔水管与井口技术研究,建立其力学分析方法,形成一套深水钻井隔水管与井口系统钻前设计与作业技术体系;提出隔水管与井口系统的波激疲劳、涡激疲劳、磨损以及隔水管接头完整性评估方法,并进一步完善深水钻井隔水管与井口完整性管理方案;建立深水钻井隔水管关键装备与作业风险评价框架,探索台风环境下的隔水管系统安全保障的关键技术;在此基础上开发深水钻井隔水管作业管理软件,承担中国南海6口自营深水井的隔水管与井口系统钻前设计与作业技术研究工作,成功将科研成果应用到深水钻井实践中,并取得良好的应用效果。笔者对这些进展进行总结和回顾,并对今后的研究方向进行展望。     

靠船墩疲劳可靠度研究

将疲劳力学理论引入靠船墩结构分析，探讨靠船墩的疲劳破坏问题，并进行疲劳可靠度研究。提出了靠船墩疲劳可靠度计算方法，据此可进行靠船墩的疲劳寿命预报，直接指导工程优化设计和施工，分析桩空间布置对结构受力状况和疲劳强度的影响，增大结构的刚度，从而达到经济、安全的目的．     

深水钻井隔水管单根基本参数确定方法

提出利用各种力学准则确定深水钻井隔水管单根基本参数的方法,包括单根主管与辅助管线参数、浮力块参数、隔水管接头参数等。结果表明:确定隔水管单根主管基本尺寸主要有环向应力准则、轴向应力准则和挤毁压力准则,根据环向应力准则得到的结果最保守;确定辅助管线参数主要依据等效应力准则;确定浮力块参数主要是合理确定浮力块的外径和密度;隔水管接头等级确定要依据规范考虑不同载荷工况进行选型设计。外径0.5334 m,内径0.48895 m的隔水管可应用于1.830 km深的水域,且隔水管系统中无须配置填充阀,辅助管线设计合理,浮力块选用3种密度可满足工作水深的需要,选配E级隔水管接头可满足使用要求。