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。     

极端风暴载荷下导管架平台的动力响应分析

为评估导管架平台在极端风暴工况下的整体安全性能,基于ABAQUS有限元软件建立导管架平台的有限元模型,在极端平均风工况下对平台进行了静力分析,在极端脉动风工况下对平台进行了动力分析,重点探讨了平台在三种极端风暴工况下的应力、位移、速度及加速度响应。结果表明：平台的应力集中容易发生在桩腿桩基处,平台在极端风暴工况下的位移及应力响应均满足设计需求;平台强轴的固有频率大于弱轴的固有频率,自振周期远小于波浪周期,不会发生波激共振;平台在极端风暴工况下的位移及加速度响应极值可为结构振动监测系统的预警阈值设定提供参考。     

波浪载荷下结构尺度差异对导管架平台结构响应的影响

本文以某一导管架平台为分析计算对象,首先根据Morison方程计算组成导管架平台的各不同构件的波浪载荷,然后将其施加到有限元力学模型上。在此基础上计算分析不同构件尺度的导管架平台在波浪环境载荷作用下各构件关键位置的内力,通过对比不同尺度下导管架平台内力变化的趋势,观察不同平台杆件的尺度变化以及部分杆件由于断裂的原因而导致强度支撑作用的缺失对平台结构强度的影响,以此指导平台结构设计中的受力杆件优化设计计算。本文的计算结果表明：所采用的计算方法可以对平台设计和优化等进行有效的计算,本文所提出的方法可为导管架平台在波浪力作用下构件外载荷分析、在这些载荷作用下平台的动力响应特性评估以及平台杆件的结构优化计算提供技术依据。     

不同地震强度作用下导管架海洋平台的动力响应研究

导管架平台在世界各地的海洋石油天然气能源开发中得到普遍应用,本文旨在分析导管架海洋平台在地震强度分别为7,8,9度作用下动力响应研究的意义,同时,利用ABAQUS软件,对导管架平台三维结构模型分别进行动力响应,发现在地震强度为7、8、9度的情况下,土体和海洋平台的节点存在耗能现象并且震中平台出现轻微倾斜和位置偏离.     

随机波浪荷载作用下海洋平台的前馈—反馈振动控制研究

该文研究线性前馈－反馈控制策略对海洋平台振动控制的有效性。线性前馈－反馈控制只有当输入荷载为白噪声过程时，所实施的控制才是最优的，因此该文采用一白噪声过程通过滤波器来近似随机波浪力谱，并将海洋平台－主动控制系统的动力学方程转化为符合随机最优控制要求的增广状态空间表达形式。依据设计目标中对安全性以及经济性的权衡，通过使二次型控制目标函数最小化，推导出了随机最优控制力的计算方法，从而实现了最优控制的目的。在频率域上分析了海洋平台受控后的振动响应，结合典型的海洋天然气生产平台算例，将前馈－反馈控制与反馈控制、TMD控制加以比较，总结了前馈－反馈控制的特点及其优越性。     

极端波浪载荷下导管架平台抗倒塌性能评估

提出载荷序列增量分析(LSIA)方法,对极端波浪载荷下导管架平台结构极限状态进行分析。LSIA能够考虑不同波高及可能的甲板上浪载荷对平台侧向载荷分布的影响,"追踪"平台在不同载荷重现期作用下的真实响应,从而克服当前Pushover的缺点。基于LSIA等效承载能力曲线,提出倒塌重现期NCP,使得平台抗倒塌能力评估指标具体化。以K型和X型两种不同结构形式的导管架平台为例,采用LSIA方法对其进行抗倒塌性能评估,并与Pushover进行分析对比。结果表明,LSIA具有更高的评估精度,能够确定平台结构真实的倒塌状态与失效模式。     

畸形波作用下海洋平台小尺度杆件波浪荷载分析

为准确计算复合结构中小尺度杆件上的波浪荷载,不仅要考虑入射波浪作用,还应该考虑大尺度结构物对波浪的绕射以及辐射影响.以畸形波对固定圆柱作用产生的绕射场为例,用Morison公式计算绕射场作用下细小杆件的波浪荷载.用高阶边界元法建立波浪对结构物作用的时域计算程序,利用积分方程求域内水质点由绕射势产生的速度和加速度.结果显示,在一定波浪条件下,杆件上的总波浪力为入射波浪力的1.2倍.因此,在工程中应充分考虑复合结构中由于大尺度结构物存在产生的绕射和辐射作用对细小杆件的波浪力.     

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.     

导管架平台结构完整性的柔度监测

利用导管架平台模型在波浪中倾域动响应，构造几种广义柔度，将所提出的广义柔度法应用于平台模型的完整性检测，证明它与传统的柔度法有很好的一致性，便于实际应用。     

多向随机波作用在直立堤上的波浪力

通过三维随机波浪对直立堤作用的试验研究,分析了单位堤长上波浪力的变化规律,着重研究了主波向角和波浪方向分布对波浪力的影响,发现波浪入射角小于45°时,波陡较小的单向波作用力随波向角呈明显的增大趋势.给出了波浪力沿堤长的纵向分布,以及单元堤上波浪力纵向折减系数的计算公式;建议了2种计算斜向波和多向波作用在整个单元堤上最大总波力的方法,可供理论研究和工程设计参考应用.     

基于ANSYS优化分析的导管架损伤识别

采用有限元软件ANSYS自带的APDL语言和可以考虑水影响的PIPE59单元,建立了管架平台的参数化有限元模型,通过改变有限元模型中的单元几何参数和物理参数的方法,描述导管架在作业中常见的腐蚀、弯曲等损伤情况。选择和测取导管架上部远离损伤位置节点处的模态位移,创建目标函数;利用ANSYS的优化功能寻找某种对原完好导管架有限元模型进行修改后的模型,使其在测试节点的数据与预先建立的存在损伤的模型对应节点的数据趋于一致,从而实现识别导管架的损伤类型和损伤位置。计算结果表明当计算步数达到20000时,对于单处损伤的情况,损伤位置以及损伤程度识别准确率平均可达到90%以上;对于两处损伤同时存在的情况,损伤位置以及损伤程度识别准确率平均可达到70%以上。     

基于Solid Works的海洋平台导管架弧焊机器人离线编程系统

针对将弧焊机器人应用于海洋平台导管架焊接作业现场的部分问题进行了仿真分析.采用Solid Works API环境下编制的焊缝特征坐标系规划软件,对平台焊接中经常出现的T、K相贯线的类马鞍型焊缝曲线进行焊枪路径提取和姿态规划,调用逆运动学运算模块计算各轴转角.最后,在Solid Works环境下进行焊接过程仿真.     

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．     

冰激振动下六腿导管架平台的动力响应

为了研究冰力对平台的破坏效应,建立平台的动冰力模型是必要的.简要分析挤压、弯曲和屈曲冰力对平台的破坏效应,确定冰力破坏的主要形式;基于海域现场观测数据,运用公式推导平台受静冰力、海风、海流等环境载荷的作用;采用ANSYS软件对平台建模,根据模型计算六腿导管架平台受冰力遮蔽效应的影响,对平台进行模拟实验.通过模拟,得到了平台在冰激振动下结构的运动情况,为冰与结构相互振动理论提供了理论依据.     

深水导管架平台风激振动条件下构件基频的计算

拖航工况下,深水导管架平台受风激振动影响严重,校核平台风激振动的关键参数为杆件基频,当前规范对导管架中构件的基频计算尚无确切公式.工程中目前认可的基频计算公式,是针对单独杆件设计,缺乏对复杂构件结构形式与杆间约束的考虑.沿用原计算方法对复杂类构件进行基频计算时,会造成较大误差.本文采用ANSYS有限元软件建立深水导管架平台模型,应用构件受激励后的自由衰减对常见构件类型的基频进行分析,根据结果对各类构件的固结系数Φ进行修正.     

冰区导管架平台冰激振动隔振问题

冰的连续挤压引起柔性结构的剧裂 表明冰荷载的动力性质和对该问题采取对策的必要性，基于矩阵摄动和动力子结构方法，系统地建立了改善冰与结构动力相互作用的结构布置优化方法，一座渤海导管架平台在一定的程度上鉴别了该方法的可行性及其效果。     

导管架海洋平台失效路径分析及连续倒塌机制

针对突发事件下导管架平台"局部破坏"可能引发的连续倒塌现象,建立一种针对导管架平台结构的失效路径搜索及概率评估流程,采用逐步施加增量载荷的方法,并结合广义承力比准则,充分考虑失效过程中单元内应力的变化及候选失效单元的不确定性和外部载荷的随机性,并通过模拟示例获得平台可能发生的事故树,从而确定最可能发生的失效顺序。针对具体失效路径,引入备用荷载路径方法(ALP方法),研究倒塌过程中平台结构的力学分布特性和状态变化规律,分析构件失效后的平台剩余系统的动力效应和内力重分布规律,从而揭示平台结构的连续倒塌机制。结果表明:某桩腿单元突发失效后,失效单元上方的水平撑杆通过塑性铰机制成为新的竖向传力路径;相邻桩腿由于严重的内力重分布现象成为薄弱环节,易发生屈曲失效。     

基于疲劳可靠性优化设计的深水导管架平台多级模糊选型

分析深水导管架平台方案优选的系统决策问题,给出四种初始设计方案,将基于谱分析方法求得平台的系统名义疲劳可靠性指标作为一项关键约束对平台方案进行优化.根据优化后各方案的最优结构性能参数,综合考虑影响深水导管架平台选型的各种因素,由二元对比方法确定影响因素的权重以及相对隶属度,最终采用三级模糊优选方法对优化后的方案进行模糊优选,并以200 m水深导管架海洋平台作为实例进行分析.结果表明,与传统分析方法相比,先由优化分析得到各初始方案的最优结构性能参数,可以为模糊选型提供准确的定量化指标,减少了模糊因素,更有利于对深水导管架平台设计方案做出合理的评价.     

渤海导管架平台桩腿及其隔水导管群上的冰力

针对渤海ＳＺ３６－１油田井口导管架平台的桩腱及其隔水导管群在设计冰况条件下所受冰力进行冰力模型试验，试验表明，由冰的阻塞的堆积引起冰排的组合型式破坏，测得的各种情况下的冰力值均小于原设计冰力，试验遵守模型相似律，试验方案、测量技术及数据分析达到工程要求标准，结果通过技术鉴定和验收，设计部门据此修改原设计冰力的取值，为平台重新送交国际标准检验部门检验提供依据。     

海洋石油平台导管架安全监测系统

基于光纤光栅传感原理研发了应变、倾角和加速度传感器,应变测试精度达到5 με,倾角测试精度达到0.02°,加速度测试在40 Hz以下灵敏度达到800 pm/g。应用传感器建立了一套海洋平台导管架安全监测系统,实现了对腿桩支撑力、平台倾斜和摆幅的在线监测;通过建立导管架力学模型计算其应力状况,分析导管架的安全性并进行预警。系统成功应用于南海石油平台监测,为海洋平台的结构安全提供了保障。