渤海新型抗冰导管架平台研究

根据渤海海洋平台长期现场监测结果,对渤海海域冰与导管架平台相互作用问题进行了系统研究,指出冰激结构振动是目前渤海冰区导管架平台的主要危害。应用冰激导管架平台冰激振动及动冰力研究成果,对新型抗冰振平台设计方案进行了分析。对适用于导管架平台的冰激振动控制装置进行了理论分析与实验研究。在新建JZ20-2NW平台的设计建造中应用了上述研究成果。新建平台现场监测结果分析表明,新型平台比以往平台具有更好的抗冰振性能。

海洋内孤立波中张力腿平台的水动力特性

基于内孤立波mKdV理论,采用时域有限位移运动方程,结合改进的Morison公式研究了两层流体中内孤立波与张力腿平台(TLP)的相互作用,针对东沙群岛南部海域附近某实测内孤立波特征参数,计算并分析了国际船舶结构力学会议提供的张力腿平台(ISSC-TLP)的内孤立波冲击载荷与运动响应,以及张力腿的张力变化特性.结果表明,内孤立波将对张力腿平台产生突发性的冲击载荷以及大幅度水平漂移运动,并使得张力腿的张力显著增大.

锥体结构的冰激振动与冰力函数

基于现场原型结构测量 ,研究了冰与锥体结构相互作用的动冰力与冰激锥体结构振动 ,建立了确定性冰力函数。实测发现 ,冰与锥体结构作用时以弯曲破坏为主 ,冰的破碎长度与冰厚成正比 ,冰的破碎频率随冰速增加 ,并有可能达到结构的固有频率。通过分析冰的破坏过程与冰压力盒测量的冰力时程 ,建立了三参数的冰力函数 。

桶形基础极限承载力特性研究

通过有限元计算,分析了不同长径比下横向和竖向承载力、载荷位移曲线以及耦合载荷作用下的极限承载力特性,并与实验结果进行了对照。结果表明:当竖向压力小于某临界值时,基础的横向极限承载力随着竖向压力的增加而增加;但是当竖向压力增大到超过该临界值以后,横向极限承载力反而会随竖向压力的增大而降低。随着长径比的增加,基础承载力,特别是横向承载力有比较明显的提高。

颗粒级配和结构对粉砂力学性质的影响

分析了几组原状、重塑和配制土样的静三轴试验结果,认为颗粒级配和结构性是影响粉砂应力-应变关系和强度特性的两个主要因素。当颗粒级配不同时,结构性原状粉砂土样和不具有结构性的配制土的强度均不同。相同颗粒级配的原状和重塑粉砂的强度也不同。而颗粒级配稍有不同的一种配制粉砂与原状粉砂在应力-应变关系和强度特性方面相接近。此种配制粉砂可替代原状粉砂做为模型试验用土。

均匀来流中大长径比深海立管涡激振动特性

提出了一种对大长径比深海立管涡激振动特性进行三维耦合数值模拟的方法。其中,流场采用大涡模拟方法进行三维数值模拟,结构振动采用基于薄壳模型的有限元方法进行数值计算,并采用一种将流场和结构响应数据进行实时传输的新方法,实现了流体与固体之间的三维耦合数值模拟。在雷诺数Re=3400和11000下,对某长径比为1200的深海立管模型在均匀来流中的横向涡激振动特性进行了数值模拟与分析。结果表明,大长径比柔性立管的横向振动响应对其尾涡动力特性会产生显著影响,包括会出现涡泄频率显著增大和多频涡泄等复杂现象。尽管来流是均匀的,但立管的横向振动响应会出现明显的多模态特征,除了包含有与涡泄频率一致的振动响应外,还包含有其它频率成分的振动响应。特别地,还会出现多种高阶模态振动共存的非对称复杂弯曲变形等现象。研究表明,该方法为研究深海立管涡激振动特性及其工程预报的相关问题提供了一种有效的途径。

基于柔度修正的局部刚体化结构动力模型简化方法

提出一种基于柔度修正的局部刚体化结构动力模型简化方法。以复杂工程结构的有限元模型为基础,根据运动同步性假设将结构分成若干同步性区域,对每个区域引入准刚体模态,实现对结构的简化。同时对简化方法进行误差分析,利用柔度修正的思路实现对简化变化矩阵的修正,得到更精确的简化结果。以海洋平台结构作为算例应用该方法,得到了比较满意的简化结果。

带损伤海底石油管线的安全评估

综述了国际上在管线损伤方面的研究工作,供我国开展在役管线的安全评估时参考。

一种新的随机减量函数的构造及分析

当外激励为均值为零的平稳随机过程时,系统输出响应的随机减量函数代表了系统的自由衰减振动。但当外激励不是零均值的平稳随机过程时,这种传统的随机减量函数在某些情况下,将不再具有上述性质。为进一步拓宽随机减量函数的应用范围,本文从分析Brown运动的随机过程的表征中得到启发,在传统的随机减量函数的基础上,提出一种新的随机减量函数的构造形式,并对同一系统在相同触发条件下,受不同外激励作用时的传统随机减量函数与新构造的随机减量函数进行了对比。数值计算和实验结果表明,当外激励为零均值的随机过程时,新旧随机减量函数在反映系统自由振荡的效果上基本相同,但在外激励为其他情况下,新构造的随机减量函数在性态和稳定性上明显优于传统随机减量函数。

垂向动载荷下桶形基础响应实验研究

对垂向动载荷作用下吸力式桶形基础(简称桶基)响应进行离心机实验模拟。结果表明,在垂向动载荷作用下,当载荷幅值超过一定值时,桶基周围砂土软化甚至液化,发生明显的沉降。桶基周围土体的沉降随着载荷幅值的增加而增加。由于液化区的滤波和对动载的衰减作用,发生沉降的范围有限,离桶壁约一倍桶高距离。超孔隙水压从桶基边沿水平向逐渐衰减,从土面开始往下逐渐衰减到零。桶基周围砂土完全液化的厚度随载荷幅值的增加而增加,最大值约为桶高的40%。

地震条件下海底双层油气管线的工作理论、强度标准和损伤评价

我国渤海湾是地震多发地区 ,该地区的海底输油管线随时都面临地震的威胁。地震成为渤海输油管线必要的设计条件 ,地震载荷是在役管线安全风险评估必须包括的环境载荷。本文综述了国内外在管线抗震设计及相关研究、双层油气管线的工作理论、强度标准与损伤评判等方面的研究工作 ,对我国制定地震条件下海底管线的评估计算方法。

单桩冰力计算方法的试验研究

冰荷载是寒冷海区海上工程结构设计中的主要控制荷载 ,但由于包括孤立桩柱上的冰力在内的冰荷载问题一直没有得到很好的解决 ,寒冷海区海上工程结构设计中应该选用什么方法计算冰力一直没有统一。通过一系列室内单桩冰力模型试验 ,提出了确定单系数冰力公式中综合冰力系数的直观曲线法 ,并把多系数冰力公式中的接触系数k从 0 4 5修正为 0 32。通过对多系数冰力公式和Schwarz冰力公式的比较 ,讨论了Schwarz冰力公式的适用范围。

水平动载下桶型基础周围土体软化的离心机模拟

为了探讨海洋平台桶形基础在水平动载荷下的响应特性,为实际工程设计提供依据,本文以等效动冰载作用为例,对饱和砂土地基上桶形基础的动力响应进行了离心机实验研究。通过实验发现,沿深度方向,孔隙水压力从土体表层到土体下部逐渐减小,当土体表层已液化,下部土体(桶底面高程位置)的孔隙水压力增加还很小,桶的总承载力降低约17%。;沿水平方向,孔隙水压力发展从桶壁近区到远处逐渐衰减,在离桶壁3%桶直径处,液化指数(孔隙水压力除以初始有效应力)已为1.0,在离桶壁23%桶直径处,液化指数为0.4。随载荷幅值增加,土体软化、液化发展加快;在实验范围内,随压重增加,上部土体影响增加;在桶直径一定条件下,土体响应随桶高的减小而增加。

张立腿平台浮箱框架结构强度分析方法研究

浮箱是张力腿平台主体结构的组成部分之一,它承受着由平台甲板和立柱传递来的总体载荷以及局部静水载荷。不同的浮箱结构型式会对荷载路径和受力大小产生影响,不同的设计需求会带来不同的结构型式设计。本文介绍TLP平台浮箱框架的典型结构型式以及基于有限元的强度分析方法,并通过浮箱横向框架有支柱和无支柱2种不同型式的浮箱框架结构案例分析予以阐述。

用于锥体冰载荷计算的改进模型

研究了海冰与锥体结构的相互作用 ,对已被人们广泛认可的Croasdale模型存在的问题进行了分析。根据渤海石油平台冰激振动现场录像观测结果 ,将冰排分为脱离水面部分和漂浮于水面部分 2个区域 ,建立了用于锥体冰载荷计算的改进模型 ,并根据弯矩分布状态判断冰排可能的破断位置 ,从而得到了冰排与锥体相互作用时的冰载荷解析表达式。与以往研究者的实验结果对比 ,当锥面摩擦系数不大时 ,改进模型的计算结果与实验结果平均值吻合较好。改进的锥体冰载荷计算模型可以为近海冰区抗冰结构的设计与实验提供更准确的参数。

桶形基础平台沉放过程数值模拟分析

平台在沉放过程中 ,受到复杂的一阶和二阶流体动力作用 ,为了深入了解沉放过程中平台的运动特性 ,首先建立了桶形基础平台沉放数值模型 ,然后通过格林函数法和平台湿表压力积分来计算一阶和二阶流体动力 ,并耦合求解平台和锚泊线运动方程 ,得到平台的运动响应 .为了验证数值模拟计算的准确度 ,在上海交通大学海洋工程国家重点试验室进行了平台沉放模型试验 ,试验结果与数值模拟符合良好 .数值模拟分析表明 ,平台在沉放过程中主要的运动为纵荡、横荡、纵摇和横摇 ,并且与来波方向有密切关系 ;二阶波浪力对纵荡和横荡有明显的作用 ;整个沉放过程中平台运动比较稳定 。

分层流体中内波与半潜平台相互作用的模型试验

对密度分层流体中内波与半潜平台的相互作用问题进行了模型试验研究.采用摇板方法进行了内波造波试验,对内波波长、周期和波高进行了测量分析,获得了内波波高和波长与周期之间的相关关系.利用激光和倾角仪方法对半潜平台的纵荡和纵摇运动响应进行了测量分析,获得了平台纵荡运动及纵摇角幅值与内波周期之间的相关关系.结果表明,在半潜平台的设计与应用中,内波对其运动响应的影响是不可忽视的.特别地,发现了在内波周期的某个范围内,半潜平台的纵荡和纵摇都会出现倍频周期运动响应的现象.

水平动载下桶形基础变形的离心机实验研究

通过离心机实验研究发现,在等效动冰载作用下,桶周围砂土地基发生软化或液化。当载荷幅值超过一定值时,在激振过程中桶产生了明显的沉降,桶的沉降较远处土体明显地快。由于从桶近区到远区的沉降差别,导致离桶一定距离处出现一个环状裂纹。随着载荷幅值的增加、结构重的增加和桶高的减小(桶直径相同),桶的沉降增加。

“南海挑战号”半潜式平台原型测量系统

深水海洋平台的现场原型监测是对其最直接的研究方法和安全保障措施,是我国深水油气开发研究中的必要技术。为了改变我国缺乏南海半潜式浮体实测经验的现状,为半潜式浮体设计与安全保障提供实测数据支持,在南海LH11-1油田"南海挑战号"半潜式平台上进行了台风期的原型测量工作。原型测量工作采用针对南海浮式平台应用所研发的原型测量系统,对平台工作海域的环境参数、平台姿态以及水下系泊和立管系统进行了监测,获得了跨台风期中大量的实测数据,最终对所获得的数据进行了初步的分析。分析结果显示原型测量系统在海洋平台上使用具有很高的稳定性,捕获了台风期中所有过境平台的台风数据,获得的数据能够为平台性能评价和新平台设计提供第一手资料。

内孤立波作用下Spar平台的运动响应

建立了内孤立波作用下Spar平台运动响应的时域数值模型,并利用这一模型计算了内孤立波作用下Spar平台的运动响应。其中根据K-dv方程解出内孤立波的波面及水质点速度表达式,应用Morison公式求出内孤立波对Spar平台的水平作用力;由伯努力方程求解压强,通过在平台底面积分求出内孤立波对Spar平台的垂向作用力;在悬链线理论的基础上,分析锚链对平台的作用力,采用四阶Runge-Kutta方法求解运动方程。数值结果表明,当内孤立波不断接近海洋平台时,Spar平台受到的作用力随之增大,海洋平台会产生远大于表面波作用下的水平位移,从而证实了内孤立波是影响海洋平台稳定的重要因素,在海洋平台的设计和评估中内孤立波的作用是不可忽略的。