局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性评估方法研究

半潜式平台系泊失效会引发重大安全问题,为研究局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性水平,构建系泊失效至恢复全过程的平台性能水平曲线,并将系泊韧性量化为吸收、适应及恢复3部分。基于平台运动响应及恢复操作构建相应的韧性定量评估指标,并利用CRITIC(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation)法进行赋权,进而得到韧性评估3层指标体系。以规则波作用下的南海某半潜式平台为实例,在ANSYS@AQWA TM中建立其数值模型以进行水动力计算,并运用构建的评估指标体系进行系泊韧性评估。结果显示:半潜式平台系泊韧性水平与吸收、适应和恢复能力具有一致相关性,且浪向对角线立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最高,同一立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最低。

基于无模型自适应控制的半潜式平台运动性能研究

南海海域油气资源极其丰富,半潜式平台在该海域工作时常常面临着系泊失效这一重大危险情况。该研究以一艘装配有悬链式系泊系统和DP-3动力定位系统的半潜式平台为研究对象,利用AQWA软件开展系泊失效前后半潜式平台运动性能研究。同时,借助于AQWA软件二次开发功能,将无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论,以研究半潜式平台系泊失效后运动性能恢复。数值仿真模拟结果表明,采用无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论的半潜式平台能很好地恢复系泊失效后的运动性能,有效地减小系泊失效带来的危害;基于偏格式动态线性化和全格式动态线性化的无模型自适应控制比基于紧格式动态线性化的无模型自适应控制能让半潜式平台更快地恢复运动性能。

基于QFD的可伸缩式登船栈桥设计方法

针对可伸缩式登船栈桥设计流程,以客户需求为导向,构建了基于质量功能展开法的设计思路和方法。运用实景体验和场景打分的方法,深度挖掘5个维度的客户需求、关键质量特性和关键物料特性,通过AHP等方法进行权重分析,构建可伸缩栈桥分析的一阶质量屋和二阶质量屋,开展关键物料的重要度-成本分析,有效满足了客户需求和规范要求,形成可伸缩栈桥设计开发新模式。

深水海底管道全尺寸压溃试验及数值模拟

针对深水海底管道压溃问题,研制了深水海底管道屈曲试验装置,该装置可承受水压43,MPa,全长11.5m,直径1.6,m.使用该装置设计并开展了全尺寸管道压溃试验.利用ANSYS软件建立三维圆柱壳模型进行管道压溃数值模拟分析,并将试验结果与数值模拟结果进行对比,来研究径厚比、初始凹坑缺陷、初始椭圆度缺陷等因素对管道压溃的影响.结果表明,管道压溃载荷随着径厚比的增大而显著降低,单个点状凹坑缺陷对于管道压溃载荷影响较小,初始椭圆度缺陷则明显降低了管道的压溃载荷.

基于熵的海洋平台安全评价专家评定模型

针对现今海洋平台安全评价中存在的仅靠主观臆断选取专家的缺陷,在定义最优专家的基础上,采用熵度量各专家给出评价结果的不确定性及专家与最优专家的差异,建立了基于熵的专家评定模型。海洋平台装船过程安全评价中,对专家的评定实例表明,该模型计算简单,意义明确,对海洋平台安全评价具有重要的理论与现实意义。

水资源优化配置方案综合评价的模糊熵模型

由于水资源优化配置方案具有多目标性和模糊不相容性的特点,在模糊理论分析的墓础上,结合欧氏贴近度的概念,建立了基于欧氏贴近度的水资源优化配置方案综合评价的模糊优选模型。模型中基于信息熵建立了专家自身权重模型来修正层次分析法得到的指标主观权重,得到的指标融合权重减少了权重确定的主观性。以天津市水资源优化配置方案综合评价为例介绍了该模型的具体运用,该模型为水资源优化配置方案综合计价提供了一种新的决策方法。

海底管线涡激振动响应动力特性

海底管线管跨段的涡激振动,尤其是管跨在涡激振动下的频率锁定现象,是引发海底管线断裂失效的主要因素之一.通过对不同尺寸管道在不同流速条件下的漩涡发放频率、结构自振频率以及振幅的测量实验,找出了圆形管道在稳定流中涡激振动的规律,提出了由约化速度来控制涡激振动的方法.为了将模型实验结果与理论计算结果进行比较,建立经验参数与不同实验条件下的物理参数之间的关系,利用尾流振子模型方法计算模型的涡激振动动力响应.通过模型实验说明尾流振子模型方法求解管道涡激振动的可行性,计算结果与实验结果吻合较好.

深海管道非线性屈曲理论计算方法

针对深海管道在侧向静水压条件下发生局部屈曲压溃的情况,研究了关于管道前屈曲阶段变形响应和压溃压力的计算方法。假定管道前屈曲阶段发生沿轴向均匀一致的椭圆度变形,建立基于圆环的力学模型,考虑几何大变形和材料的弹塑性本构关系,利用虚功原理建立平衡方程。通过选用合适的位移离散函数对方程组数值离散,并利用牛顿法进行数值求解,得到含椭圆度缺陷的管道截面的变形响应和压溃压力。通过试验、有限元分析和规范对理论计算结果进行了对比验证,证明该方法精度可靠,与事实吻合。最后,计算了初始椭圆度缺陷对不同径厚比管道的压溃压力的影响。

深水海底管道凹陷机理

凹陷是海底管道上的常见缺陷,凹陷的存在会引发管道的屈曲及疲劳,危及其安全,并阻碍管内设备的运行.为研究海底管道在横向载荷作用下的凹陷机理,用有限元分析软件ABAQUS就管状物体与管道的接触模型这一典型事故模式进行二次开发,分析中考虑了材料非线性、几何非线性.首先,将有限元软件计算结果与理论值进行比较,验证有限元软件分析方法的可行性,然后针对外物尺寸、外物作用角度、管道径厚比、管道内压等参数进行敏感性分析,研究了横向载荷作用下各参数对管道凹陷深度的影响规律.研究结果表明:本文方法能有效分析管道的凹陷机理,且各参数对管道的凹陷机理有较大影响.分析结果可为海洋工程设计、建造及运行提供参考.

裂纹参数对深水海底管道疲劳寿命的影响

分析海底管道在运行期间产生缺陷的类型,并统计了近几年发生的海底管道事故的原因,发现裂纹缺陷的出现是引发这些管道事故的首要原因.裂纹缺陷会引发管道泄漏甚至断裂.针对裂纹缺陷对海底管道疲劳寿命的影响,考虑断裂力学的相关理论,运用ANSYS有限元软件对管道所受的载荷情况、管壁上裂纹的长度、深度等参数进行了敏感性分析,研究了各参数对管道疲劳寿命的影响规律,并得出了管道失效的主要原因.仿真结果表明:载荷区间、裂纹长度、深度变化都会对管道的疲劳寿命产生较大的影响,其中裂纹深度的变化是管道疲劳寿命的主要影响因素.分析结果可以为海洋工程实际提供参考.

海底管线管跨段涡激振动响应的实验研究

海底管线管跨段的涡激振动，是引发海底管线失效的主要因素之一。尤其是管跨在涡激振动下的“频率锁定”现象，是导致管线断裂失效的主要原因，也是在设计和维护管理中必须要避免的状态。影响管跨涡激振动响应规律的因素很复杂，因此，模型实验是研究和探索其规律的主要手段。为了探索海流运动对管跨动力响应的影响规律，在实验水槽中，分别对管跨在稳定流和随机流的作用下，管跨的动力响应规律进行了测定。本文在对实验结果进行了分析的基础上，总结了“频率锁定”现象出现的条件，提出了在海底管线的可靠性设计和管理中应采取的相应措施。

海底管道止屈器形式与设计方法研究概述

海底管道的屈曲传播特性对于其整体安全性是极其不利的,一旦发生屈曲传播,会使整个海底管道结构发生失效破坏,为了解决屈曲传播问题同时兼顾经济性的考虑,可以在海底管道上安装止屈器。通过对国外已有止屈器资料的广泛深入调研,首先对止屈器的主要形式进行了总结和对比分析,然后对止屈器的设计方法和流程进行了简要总结。为我国深水海底管道铺设过程中止屈器的选择和设计提供有益的参考。

海底管跨涡激振动疲劳可靠性研究

本文考虑波浪水质点与管线振动间的相对运动速度以及波浪和海流的联合作用,对传统的波浪载荷计算方法进行了改进,引入了波浪激励载荷中的二阶平方阻尼项,从而建立了管跨段的非线性涡激振动方程。通过较为合理的化简,将非线性随机振动方程化为相应的线性随机振动方程。利用谱分析解法,由波浪谱推得海底管线的波浪力谱,作为振动方程的输入谱,计算得到相应的输出谱,进而确定位移和应变等各种响应随机过程的概率分布,最后结合可靠性分析理论确定管线的疲劳失效概率。

基于数值模拟的海底管道抛锚撞击机械损伤及其防护措施研究

采用三维非线性动态有限元方法对抛锚撞击海底管道进行模拟。建立霍尔锚模型,考虑管土相互作用,研究不同撞击能量下抛锚撞击管道的机械损伤(最大凹陷)变化规律。对不同防护措施的防护效果进行探讨,包括埋深、混凝土配重层、加大径厚比等措施。数值模拟结果与试验结果进行对比,两者结果吻合较好。结果表明:当锚与管道接触面积越小时,锚对管道的撞击凹陷越大;加大埋深对抛锚撞击管道有很好防护的作用;管道内压对抛锚撞击管道有一定的抵抗作用;混凝土配重层对防护抛锚撞击管道的防护作用不明显;增加管道壁厚是防护抛锚撞击管道的有效措施之一,也应考虑经济性。本文研究结果为实际工程中降低抛锚撞击管道机械损伤后果提供参考。

大型桥梁防洪影响评估方法研究

从桥梁建筑、桥梁壅水与洪水侵桥等3方面,定性、定量、全面系统地研究了发生50年一遇或100年一遇洪水灾害时,大型桥梁防洪影响的评估分析方法,并结合实例,验证了所提方法的适用性与可靠性,在此基础上,提出了减轻和避免不利影响的对策及改善措施。

工程创新人才培养模式的构建与成效

本文紧密结合建设创新型国家的需求，借鉴美、欧、日、澳等发达国家和国内相关院校工程创新人才培养的先进经验，以“注重综合素质、强化能力培养、完善知识结构”为指导，制定了涵盖素质、能力、知识3维度24要素的“工程创新人才基本要求大纲”，探索并构建了以此大纲为核心的EI—QAKE工程创新人才培养模式，在工程创新人才培养的研究与实践方面做出一些探索性工作，取得了较好的效果。

浮式液化天然气生产储卸装置重气泄漏扩散模拟分析

为了研究浮式液化天然气(FLNG)生产储卸装置的甲板上部区域储罐发生泄漏后的扩散后果,建立了FLNG装置甲板上部区域的泄漏扩散模型,并利用计算流体力学(CFD)技术对其进行了液化天然气(LNG)重气泄漏的扩散模拟,得到了扩散后的区域影响结果,模拟结果满足重气扩散过程的堆积理论和低压卷吸理论.结果表明:该模型和模拟方法能够在一定程度上反映LNG泄漏扩散的真实物理情况,当离生活区最远储罐的前表面发生泄漏后,其泄漏范围不会扩散到生活区,对生活区没有影响;而当位于FLNG中部附近的储罐前表面发生泄漏后,在动力区建筑物的影响下,生活区背风处会形成低压空腔区,且该区域的LNG浓度较高.

基于累积损伤的张力腿平台疲劳及时变可靠性评估

张力腿平台在各种恶劣海况和复杂交变载荷作用下,平台结构疲劳破坏是结构失效的重要形式.首先,基于累积损伤的疲劳寿命谱分析方法,系统地建立了平台关键部位的疲劳可靠性分析方法.然后,建立张力腿平台的整体结构模型,计算得到其在工作海况下主体结构的应力传递函数.同时引入疲劳累积损伤增加函数,提出了一种针对平台各关键部位的疲劳可靠性的时变性分析方法,得到张力腿平台的时变疲劳可靠度,并通过实例计算验证了方法的适用性和可靠性.

基于RCM的海上油气生产装置设备资产管理

为对不同类型的海上油气生产设备进行检验和维修决策,引入可针对维修资源进行优化配置、以可靠性为中心的维修(RCM)技术.该技术的一个重要特征就是采用故障模式与影响分析(FMEA)方法对故障模式做优先级的排序.在FMEA中,引入熵权理论计算客观权重,强化了指标对各故障模式的贡献程度,弱化了指标间的相似性,更好地体现出各指标的相对重要性,同时采用模糊数理论计算模糊风险排序数.最后针对主要的故障模式提出维修决策,优化了资源配置,从而实现海上油气生产装置设备的有效管理.

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.