导管架平台的随机有限元可靠度分析

海洋工程中存在诸多的不确定性因素。从结构材料性能参数到所受到的主要荷载,无不存在随机性。传统的确定性分析方法已不能满足要求。以数理统计和概率论为基础的可靠性设计方法现在成为趋势。由于海洋荷载的复杂性,在导管架可靠性设计时,采用随机有限元和可靠性理论相结合的方法,及蒙特卡罗随机有限元法。采用功率谱密度方法对导管架平台进行波浪载荷作用下的随机动力响应谱分析。在考虑风载荷、波浪荷载以及海流荷载等不确定因素条件下,借助有限元软件ANSYS概率设计模块,用蒙特卡罗随机有限元法对结构可靠度进行综合评估。并分析各种载荷因素对平台可靠度的影响,得到了较满意的结果。     

导管架平台浮托法安装的数值模拟与模型试验

以一座导管架平台实际安装为例,分别使用数值计算和模型试验的方法对浮托法安装进行了系统的研究.对整个浮托安装过程仔细剖析,选出具有代表性的工况,分别从频域和时域两方面分析.分析结果表明,数值计算与模型试验结果吻合良好,数值模拟方法具有较高的可靠性.在所考虑的海况条件下,驳船与上部模块运动符合要求,各种装置上受力均在允许范围内,可以进行安装作业.     

基于Bayes估计的有限元模型修正

讨论了基于Bayes方法来修正有限元动力模型问题 ,给出了利用Bayes方法估计参数的公式 .根据Bayes估计结果 ,应用矩阵逆特征值理论 ,提出了有限元模型修正方法 .最后用一个数值试验说明了该方法的有效性 .     

基于动力的石拱桥有限元模型修正

利用大型通用软件ANSYS,以国道319线苏家坡桥为例阐述基于动力的加固前后石拱桥有限元模型建立及模型修正的过程.首先介绍加固前后苏家坡桥的环境振动试验与模态参数识别,然后介绍加固前的石拱桥有限元建模及基于动力的模型修正过程,最后介绍加固后该桥的有限元模型修正.结果表明,加固前后的有限元模型计算和实测动力特性能够吻合良好,所建立的有限元模型可以用于桥梁的静动力计算.     

基于优化方法的有限元模型修正方法

在进行结构动力分析时，依据理论建立的有限元模型与结构的实际情况不可避免地存在着差异，必须用试验得到的结果对有限元模型进行修正。利用ANSYS有限元软件的优化功能对一悬臂梁进行模型修正，修正后的有限元模型具有很高的精度。该方法修正过程简单，且修正效果好，为有限元模型修正方法提供了例证。     

基于优化方法的有限元模型修正方法

在进行结构动力分析时,依据理论建立的有限元模型与结构的实际情况不可避免地存在着差异,必须用试验得到的结果对有限元模型进行修正.利用ANSYS有限元软件的优化功能对一悬臂梁进行模型修正,修正后的有限元模型具有很高的精度.该方法修正过程简单,且修正效果好,为有限元模型修正方法提供了例证.     

导管架平台地震响应谱分析

该文利用海洋平台结构专业分析软件SACS对我国渤海海域某导管架海洋平台进行地震响应谱分析,对非线性的桩-.土系统,采用等效基础刚度的方法转换为线性基础,建立了导管架平台有限元模型.首先进行平台的模态分析,获得平台的自振特性和振型,分别计算不同振型对地震作用的响应并组合,得到不同杆件在地震动力作用和平台重力影响下的应力,依据美国API规范对平台杆件名义应力、管节点冲剪、桩强度和桩基承载力进行校核.     

基于USFOS程序的导管架固定平台倒塌分析

介绍了非线性分析工具USFOS程序在导管架固定平台倒塌分析中的应用特点,并以某实际平台为研究对象使用USFOS分析程序对其进行了倒塌分析。结果发现平台在90°方向的储备能力最差,其倒塌抵抗力系数RSR值仅为2.01,但仍然满足不低于1.6的设计要求,尽管该导管架平台在达到倒塌最大能力之前部分杆件发生屈曲而产生塑性铰,管节点发生了屈服现象,但平台整体的倒塌冗余度尚能满足设计要求。     

基于振动的导管架平台结构健康监测技术研究

导管架平台在长期服役过程中受海洋环境载荷及各种操作工况的影响,平台可能发生不同种类的结构损伤。因此,对吊管架平台进行结构健康状态监测对保障平台作业安全具有重要的工程意义。将振动检测技术应用到导管架海洋平台上部组块结构损伤实时监测中,提出基于振动检测数据和有限元分析相结合的平台结构健康评定方法,并通过在东海某导管架平台上的应用试验研究,验证了振动检测技术在导管架平台结构健康监测上的适用性。     

基于振动响应的导管架平台极限承载能力分析

为评估到达一定服役期限的导管架平台结构安全性能,提出基于振动响应的平台时变极限承载能力分析方法。以东海某气田导管架平台为对象开展振动监测研究,采集不同海况下平台上部组块的加速度响应,通过随机减量法对平台振动响应数据进行特征函数提取,分别采用时序分析法和复指数法对预处理数据进行动力学参数识别。借助有限元分析建立不同损伤状态下平台固有频率数据库,通过与模态参数识别数据对比识别出平台结构健康状态。应用时域分析法进行平台非线性动力学分析,并结合极限承载能力评估准则建立动力极限承载能力分析方法。结果表明,基于振动监测分析结果的平台修正模型能较准确地反映在役平台结构健康状态,可实现平台的结构抗力的精确评估,得到不同服役期导管架平台结构时变抗力变化规律。     

局部冲坑对导管架刚度影响的模型试验

采用缩尺4桩导管架风机模型试验研究冲坑对导管架刚度的影响。通过控制导管架基桩冲坑出现顺序及不同冲坑深度模拟冲刷过程,研究静力荷载作用下局部冲坑对导管架基础刚度、内力分配规律的影响以及冲坑分布、冲坑深度、冲坑出现顺序、冲坑坡度对导管架共振频率的影响。结果表明：荷载较小时,1.5D(D为桩径)深度以内的局部冲坑对导管架静刚度的影响较小,但冲坑对静刚度的影响随荷载增加而逐渐增大;当冲坑深度大于1D时,导管架共振频率开始出现下降趋势,此时任意基桩再出现更深冲坑都会引起共振频率的较大下降;当局部冲坑深度分别为1.5D和2D时,风机共振频率分别下降约3.2%和6.3%;当冲坑形状为圆锥形时,保持局部冲坑深度不变,改变冲坑坡度对导管架风机共振频率影响较小。     

基于径向基神经网络的有限元模型修正研究

模型修正属于反问题的一种,针对其非线性、计算量大等不足之处,提出一种基于径向基神经网络的有限元模型修正方法,并把反问题归结为正问题进行研究。该方法将特征量作为自变量输入、设计参数作为因变量输出,用试验设计构造样本,以径向基神经网络逼近两者之间的非线性映射关系,利用神经网络的泛化特性直接输出设计参数的修正值。某空间钢结构模型的计算结果验证了该方法的有效性。     

基于改进稳态遗传算法的桥梁有限元模型修正

由于测试误差和结构参数的不确定性,有限元模型修正的局部最优解和全局最优解均有可能是真实解。为了同时获取模型修正的局部最优解和全局最优解,文章提出一种改进的稳态遗传算法(ISSGA)。该算法通过一种双角度算子来判定目标函数的可行解,并通过定义可行解的伴侣解不断优化解的位置,实现目标函数局部最优和全局最优解的寻找。通过两个测试函数和一座混凝土箱梁桥模型修正案例,验证了ISSGA算法的精度、稳定性和计算效率,并明确了算法中各个参数的取值依据。结果表明:ISSGA可同时获得目标函数的局部和全局最优解;双角度算子可有效避免局部最优解的遗漏;ISSGA算法为获得模型修正合理解提供了可能。     

基于随机有限元的修正剑桥模型可靠性研究

目的研究修正剑桥模型中作为体系控制性输入随机变量的初始等向正常固结曲线斜率对作为控制性输出随机变量的地基土体宏观固结沉降量的可靠度影响.方法基于Monte Carlo法的基本原理,编制Python脚本程序,驱动ABAQUS构建以修正剑桥模型为本构模型的一维地基固结沉降随机有限元分析体系.以修正剑桥模型中初始等向正常固结曲线INCL的斜率作为体系控制性输入随机变量,地基土体固结沉降量作为体系控制性输出随机变量.通过统计回归分析两者之间的相关性,最终确立了固结沉降量的概率分布模型与可靠度指标.结果基于确定性有限元分析的固结沉降量计算结果仅有60%的保证率.降低控制性输入随机变量的变异系数大小可以提高控制性输出随机变量的可靠度指标.当正常固结曲线INCL的斜率服从Gauss分布时,土体宏观固结沉降量不拒绝Generalized Extreme Value-III分布.结论修正剑桥模型能够科学合理地再现复杂应力路径下土体的应力-应变关系,并揭示出模型参数的离散性将引起地基土体宏观沉降的随机性.     

基于能力谱法导管架平台抗震性能评估

针对现行海洋平台抗震规范无法考虑平台结构弹塑性抗震性能及地震失效机制问题,提出基于能力谱法海洋平台抗震性能评估方法,获得平台结构抗震性能及失效模式,解决强震作用下海洋平台结构弹/塑性抗震评估技术难题。基于规范推荐地震弹性设计谱,采用折减系数建立弹/塑性反应谱,结合渤海某导管架平台,采用能力谱法进行弹/塑性抗震性能评估。结果表明:能力谱法计算简便,对于以第1阶振型为主导地震响应的平台结构具有较好的精度;采用能力谱法评估地震惯性载荷时须考虑其高度效应,可采用倒三角或高度等效加载方式;桩基失效是平台结构地震作用下主要失效模式,平台抗震设计时应保证桩腿具有足够强度和入泥深度,避免强震作用下桩基失效而导致平台结构整体倾覆。     

基于混沌猴群算法的结构有限元模型修正

有限元模型修正可转化为优化问题;基于此,将全局寻优算法——混沌猴群算法引入到有限元模型的修正中。利用响应面法,实现结构响应与待修正参数间非线性隐性关系的显式表达。基于最小残差原理,建立优化目标函数;利用混沌猴群算法求解该函数,得到修正后的结构有限元模型。以一个数值算例验证了该方法在结构有限元修正中应用的可行性。研究拓宽混沌猴群算法的应用范围,为有限元模型修正提供了一种新的思路。     

满足固有频率相似的海洋平台相似模型设计

基于Bockingham的π定理,推导出海洋平台相似模型设计需要满足的条件,并分析了实现各个相似比的基本条件.分析发现,在海洋平台相似模型设计中,模型与原形的固有频率相似是最难以满足的相似条件,但它对动力相似又至关重要.作者首次引入固有频率比相对误差作为模型相似程度的衡量标准,通过分析各个参数对固有频率比相对误差的影响,最大限度地满足相似比条件,为海洋平台相似模型设计提供了实用方法.应用该方法对南海W12-1海洋采油平台进行模型设计,得到较为满意的相似模型.     

基于动力测试的混凝土连续梁桥有限元模型修正

为探讨有限元模型修正方法在桥梁结构运营安全性能评估中的有效性,提出了基于动力测试的混凝土连续梁桥有限元模型修正方法。利用有限元软件ANSYS建构了装配式预应力混凝土连续箱梁桥的有限元模型,以动力试验获得竖向前6阶自振频率作为状态变量,构造目标函数。通过分析目标函数对设计参数的灵敏度,选取灵敏度高的设计参数对模型进行修正,调整了模型的物理参数,使模型计算值与试验结果在合理的误差范围内。而后对修正后的模型按照现场实桥荷载试验加载工况进行加载,用现场实桥荷载试验的结果验证了模型修正方法的正确性,表明了修正后的模型能够较准确地反映桥梁结构的实际运营状况,可作为桥梁运营安全性能评估以及维修加固的基准分析模型,具有实际的工程应用价值。     

基于非支配排序遗传算法的塔机有限元模型修正

为了建立一个能准确反映结构实际状态的有限元模型,提出了一种基于非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的有限元模型修正方法.首先建立初始有限元模型,基于二次响应面法,得到有效的响应面替代模型,然后采用NSGA-Ⅱ对该模型进行修正,最终建立了满足工程精度要求的可靠的有限元模型.给出了某型塔机有限元模型修正的工程算例,将修正后的计算结果与实测数据相比较,说明了基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法对于有限元模型修正具有理想的效果,修正后的有限元模型能准确反映结构力学特性.