Dynamic Analysis for Two Kinds of Jacket Platforms under Wave Force

A detailed finite element analysis is presented in this paper in order to obtain the different vibration properties of two kinds of fixed jacket platforms under wave force. More attention is paid to the platform with prism shape jacket because of its more possibly excessive vibration in service than that of the jacket platform with slant piles. Numerical simulations are compared with the results from actual platform test and an effective strengthening technique is proposed. The conclusion of the paper may be taken as the ha-sis of following control work. It also gives some guidance to the future design of the frxed platform with prism shape jacket.     

Vibration Control of Jacket Platforms with Magnetorheological Damper and Experimental Validation

Magnetorheological (MR) dampers have been proposed to control the vibration of offshore platforms in this paper. The semi-active control strategy based on fuzzy control algorithm was adopted to determine the optimal output control force based on the responses of jacket platforms. A typical jacket platform in Mexico Gulf was selected as the numerical example to investigate the effectiveness of the proposed control method. Furthermore, a model experiment was performed to validate the results of the numerical simulation. The experimental model of the jacket platform was designed based on dynamical similarity criterion by the scale of 1:50. Both of the numerical and experimental results show that the semi-active control system with the MR damper can reduce vibrations of jacket platforms effectively and at the same time the control effect is stable.     

Active Control Strategy for Offshore Structures Accounting for AMD Constraints

Most of active mass damper systems are designed or installed for the onshore structural response reduction to quite small earthquake or strong wind excitation. When they are applied to offshore structures, they will stop their operations during severe sea state (including strong wind, wave and fluid), For controlling the excessive vibration of offshore structure excited by wave loading, this paper presents a methodology keeping AMD operations even in severe sea state. And the controller was designed by LQG controlal gorithm accounting for the limits of AMD stroke and control input force. In order to investigate the feasibility and effectiveness of the proposed method, a numerical example applied to an offshore platform is presented in this paper. The numerical results demonstrate that the proposed algorithm is effective in reducing the vibration of offshore structure by choosing appropriate feedback gain among several gain candidates based on the AMD limits.     

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。     

ETMD减振系统及其在海洋平台振动控制中的应用

扩展调谐质量阻尼器(ETMD)减振系统是TMD减振系统的延伸,是利用装置内部设备进行装置振动被动控制的技术.理论分析表明,随着ETMD与剩余平台质量比和频率比的增加,振动控制的频率使用范围扩大,共振的频带缩小.有限元分析结果表明,ETMD减振系统在频率接近激励的激振频率时,有较大的振动位移,可以更多地吸收海洋平台的振动能量;质量比在3.75到5之间时具有比较好的减振效果;频率比在0.3到0.35、0.35到0.5两个区间具有比较好的减振效果.当频率比在0.5到2之间时,系统总体振动都比较小.仿真研究同时表明,在传统导管架平台上ET-MD减振系统也具有良好的减振效果.     

海洋导管架型平台非线性多层子结构模式分析法

海洋导管架型平台是一个复杂的非线性空间结构。按照通常的方法,这种非线性结构系统不能一次确定力和位移的关系、其总刚度矩阵必须多次迭代才能完成,因而很费计算机机时。本文介绍的多层子结构摸式分析法,根据导管架型平台只是局部非线性结构的特点,把平台结构分成两类子结构模式;非线性子结构模式——桩基浅处的桩土之间相互作用的模式和线性子结构模式——桩基深处的桩模式和导管架模式。每一个子结构模式又可分成简单的超级单元和更简单的基本单元。仅仅非线性子结构漠武需要经过多次迭代求出其刚度矩阵。它与线性子结构刚度矩阵一起组装成平台的总刚度矩阵,进而进行静力和动力分析。由于非线性子结构模式比整个平台结构小得多,因而迭代过程容易完成。各种工况下的复杂的荷载也可以山各种简单的荷载模式组成,因此各种工况的静力和动力分析的结果可以一次求得。木文运用DASOS—J计算机程序(此程序是由大连工学院编制的)按此方法分析了我国渤海某平台的内力计算实例。     

海洋平台冰振控制试验研究

为了验证磁流变阻尼半主动控制对海洋平台结构冰激振动控制的有效性,针对JZ20-2导管架式海洋平台结构,提出利用橡胶垫和磁流变阻尼器在平台设置隔振层的方案,采用一条实测挤压冰对无控结构、纯隔振结构和磁流变智能隔振结构进行冰激振动控制试验研究.试验结果表明:磁流变半主动控制能有效控制导管架端帽位移和甲板加速度,保证了平台结构的安全度和舒适度,并且能有效降低隔振层位移,满足生产平台采油工艺要求,是一种较好的振动控制方案.     

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。     

渤海湾四桩新型平台的极限载荷

以渤海湾四桩新型标准平台为研究对象,采用非线性有限单元计算分析程序ＡＢＡＱＵＳ计算分析了该平台在各种不同的荷载组合作用下平台结构的极限承载力和桩顶位移,为进一步进行平台系统可靠性分析提供了重要依据     

导管架平台碰撞极限承载力的非线性集群并行计算

将并行计算理论和方法引入到导管架碰撞极限承载力的非线性分析中,根据美国石油学会API RP 2A-WSD标准中的方法建立桩腿非线性抗侧力-位移曲线,考虑桩-土非线性的特点分析导管架碰撞极限承载力。利用该方法对埕岛油田某导管架平台的碰撞极限承载力进行研究,分别得到平台在碰撞力作用下的平台顶部荷载-位移曲线、主桩腿弯矩变化、Mises应力变化曲线等。将集群并行运算的结果与单一PC机的结果进行对比,验证并行计算的计算精度和计算效率,同时研究不同影响因素对并行加速比和并行效率的影响。计算结果表明:平台主桩腿最大位移、应力随碰撞位置的降低而增大;碰撞位置越低,平台的碰撞极限承载能力越大;并行计算所得到的结果与单一PC机运算得到的结果相差很小,是可信的;并行加速比随着参与并行结点数的增加而增大,并行效率随着参与并行结点数的增加而下降;随着模型节点和单元数目的增多,集群的并行效率提高,并且越复杂的模型和结构在进行计算时集群并行计算能力的优势越明显。     

一种新的灰神经网络及其在海洋平台振动控制中应用

针对灰色理论预测精度比较低和神经网络结构很难确定等问题,首次提出一种基于新的效果测度的灰局势决策理论,并据其构造神经网络的拓扑结构,确定神经网络的各层神经元个数及神经元的输入输出运算.将灰神经网络作为自适应预测逆控制器用于导管架式海洋平台的振动主动控制中,数值仿真结果表明,构造的灰神经网络泛化能力强,提出的控制方法可有效地控制导管架式海洋平台顶部在随机外荷载作用下产生的位移响应.     

海上导管架平台可靠性分析抽样-模拟方法

在可靠性分析中,海洋平台的结构极限状态方程很难得到显式表达,用传统方法求解其可靠度指标时很难满足计算效率和精度要求．鉴于此,以胜利CB11F平台为例,通过试验设计的方法,选取部分结构响应．采用Kriging模型模拟了未知状态的结构响应,然后附以最优化的方法求解了导管架平台的可靠性指标,该方法综合了蒙特卡罗法和响应面法在计算上的优点,突破了大样本抽样计算量的制约,同时避免了因极限状态方程的不同表达而产生的影响,在很大程度上提高了计算效率和精度．     

ETMD系统在振动控制中的应用

ETMD减振系统是TMD减振系统的发展,是利用装置内部设备进行装置振动被动控制的技术。理论分析表明,随着ETMD与剩余平台质量比和频率比的增加,振动控制的频率使用范围扩大,共振的频带缩小。有限元分析结果表明,ETMD减振系统在频率接近激励的激振频率时,有较大的振动位移,可以更多地吸收平台的振动能量;质量比在3．75到5之间时具有比较好的减振效果;频率比在0．3到0．35、0．35到0．5两个区间具有比较好的减振效果。当频率比在0．5到2之间时,系统总体振动都比较小。仿真研究同时表明,在导管架武海洋平台上ETMD系统也具有良好的减振效果。     

海上风机基础设计方法研究

主要针对海上风电场的风机基础设计进行研究。为保证海上风机基础的适用性,将选取不同深度的海域分别进行研究。根据3.0,MW风力发电机的详细参数,对单桩式、独腿三桩式和导管架式三种基础型式分别进行结构计算分析。通过对不同海上风机基础的分析论证,提供海上风机基础的设计思路。     

应用混凝土异型桩的地铁隔振交互试验研究

为了研究地铁应用混凝土异型桩的减隔振效果,通过在地铁与建筑物之间设置混凝土异型桩进行减隔振缩尺模型交互试验,以振源深度、混凝土异型桩空心率以及其外截面形式3个因素为变量,分析了在地铁振动激励作用下建筑物各层竖向及水平向振动形态变化情况。结果表明：建筑物在地铁振动作用下,各楼层振幅降低比的大小呈现波浪形振动性态;混凝土异型桩具有明显减隔振效果,其中最优组合振幅降低比Ar为0.40,预期减振幅度可达59.58%;考虑影响减隔振效果的三因素以及因素之间的交互作用,其影响程度为：振源深度与空心率的交互作用影响高度显著;混凝土桩截面形式影响显著;空心率、振源深度及空心率与截面形式交互作用对试验结果有影响但影响不大。     

非完整桩扭转振动问题的数值计算

文章提出了非完整桩在瞬态激振力矩作用下扭转振动的数值计算模型,并用有限差分法计算了非完整桩的扭转振动,得到了各种典型缺陷桩对应的理论曲线。定量计算结果表明,桩周土的性质是影响扭转波衰减的一个重要因素;桩周土越软,扭转波衰减越慢,缺陷反射和桩底反射越明显,此时利用扭转波进行基桩完整性检测更有效。     

海洋平台结构可靠性分析

为了延长近海平台的使用寿命,需要对现役平台结构进行可靠性分析与评价．介绍了可靠性方法及其在近海平台极限状态设计和结构评价中的应用,给出了理论公式和实际计算方法．描述了ＦＳ１导管架海洋平台结构极限状态设计和结构评价时所考虑的三种失效情形：（１）平台失效;（２）甲板支腿失效;（３）基础失效．首先提出平台的非线性结构计算模型,然后确定作用在平台、甲板和过桥上的载荷,最后分析计算系统抗力和平台的可靠性．研究结果表明,当沉没深度达１０．６５ｍ时,平台失效概率达１／１０００．根据分析结果,提出了延长平台使用寿命的技术措施。本项目研究所采用的计算方法和研究成果可供类似结构分析和工程实践参考．     

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。     

Modal Parameter Identification of Offshore Platforms under Ambient Excitation

This paper intends to identify the modal parameters of an offshore platform under ambient excitation, and to compare the identified results with theoretical solutions. Using ambient sources of excitation to determine the modal characteristics of large civil engineering structures is desirable for several reasons. The forced vibration testing of such structures generally requires a large amount of specialized equipment and makes the tests quite expensive. Also, an automated health monitoring system for a large civil structure will most likely use ambient excitation. The Eigensystem Realization Algorithm (ERA) is applied in conjunction with the common basis-normalized system identification (CBSI) to identify structural modal parameters (natural frequency, damp ratio, mode shape), with limited acceleration information. Finally,offshore platform numerical model gets output response data under ambient excitation. Simulated data from numerical model of an offshore platform under ambient excitation is used for the identification of the system. According to the comparison results, the proposed method is shown to be effective for modal parameter identification under ambient excitation.     

半潜式浮式风机平台绕流力学特性与尾流分析

柱体绕流是海洋工程领域的重要问题.流体绕经海洋平台所产生的周期性涡脱会造成平台往复运动,这将加剧平台系泊结构疲劳损伤,降低结构疲劳寿命.为研究多柱式浮式风机平台绕流的力学特性,厘清尾流之间的干扰机理,采用Delayed Detached Eddy Simulation(DDES)方法分析了半潜式浮式风机平台在不同来流角和流速下的力学特性,从相干结构层面研究了尾流干扰机理,并分析了立柱尾流之间的空间相关性.结果表明:下游立柱的阻力系数平均值随流速变化而有较大波动;流场相干结构以流向涡和发夹涡为主;相干结构之间的相互作用是导致尾流干扰的原因;上下游立柱尾流具有不同的相干结构,但两者仍有较强的空间相关性.研究结果可为深入理解多柱式海洋平台绕流现象提供理论参考.